本發(fā)明涉及核能技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，尤其涉及一種離子束的傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通過將一定能量的硼、磷或其它元素的離子注入至半導(dǎo)體材料中，形成摻雜，并通過離子束的能量和流強(qiáng)分別控制摻雜的深度和濃度，代替了原有的擴(kuò)散工藝，成為了半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

離子注入在金屬材料的改性方面有重要應(yīng)用，通過在金屬材料中注入特定濃度的某些元素，可以提高金屬的硬度、抗腐蝕性能和抗疲勞強(qiáng)度，降低金屬的磨損率。并且，利用一定能量的離子與物質(zhì)相互作用，發(fā)生彈性散射，非彈性散射和核反應(yīng)，通過探測產(chǎn)生的反沖粒子，可以確定有關(guān)該物質(zhì)的組分、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)等信息。其中，較低能量的離子束廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工，如離子減薄、離子拋光、離子束刻蝕及離子束濺射沉積薄膜等，需要說明的是，加速器是產(chǎn)生離子束的必備設(shè)備。

離子束低能傳輸系統(tǒng)用于產(chǎn)生強(qiáng)流離子束并改善離子束流品質(zhì)，以便順利傳輸至后端加速系統(tǒng)或靶系統(tǒng)，同時(shí)滿足后端加速系統(tǒng)或靶系統(tǒng)對離子束流品質(zhì)的要求。該離子束低能傳輸系統(tǒng)主要用于離子加速器的低能傳輸段，也可用于工業(yè)離子鍍膜和金屬材料改性的離子注入機(jī)，還可以用于離子加速器醫(yī)學(xué)治療的離子束注入系統(tǒng)。

例如，離子束低能傳輸系統(tǒng)用于加速器型氘氚聚變中子源的低能傳輸段，該氘氚聚變中子源通過離子束低能傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)流氘離子束并將該強(qiáng)流氘離子束傳輸至后端高壓靜電加速管進(jìn)行加速，然后轟擊氚靶發(fā)生氘氚聚變反應(yīng)，產(chǎn)生能量為14.1MeV的聚變中子。產(chǎn)生的中子可以真實(shí)模擬未來聚變堆內(nèi)的中子環(huán)境，經(jīng)過慢化的中子也可以用于模擬裂變核反應(yīng)堆和未來其他先進(jìn)反應(yīng)堆堆內(nèi)的中子環(huán)境，同時(shí)也可以在核醫(yī)學(xué)與放射治療、核測井與探礦、同位素生產(chǎn)和中子照相等國民經(jīng)濟(jì)和人們生活直接相關(guān)的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)研究應(yīng)用。

但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，已有的離子束低能傳輸系統(tǒng)通常只包括螺線管透鏡和真空腔室，該螺線管透鏡只具備對離子束流聚焦的能力，對離子束流品質(zhì)改善手段較少，且對1mA～1A量級(jí)強(qiáng)流離子束的傳輸能力較差，進(jìn)而無法使強(qiáng)流離子束流順利的進(jìn)入后端加速系統(tǒng)進(jìn)行加速。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種離子束的傳輸系統(tǒng)，對1mA～1A量級(jí)強(qiáng)流離子束的傳輸能力強(qiáng)，并可以改善離子束流品質(zhì)，進(jìn)而使強(qiáng)流離子束流能順利進(jìn)入后端加速系統(tǒng)進(jìn)行加速。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種離子束的傳輸系統(tǒng)，所述傳輸系統(tǒng)包括：離子源、第一組合螺線管、第一真空腔室、四象限限束探針、雙向校正磁鐵、第二組合螺線管及第二真空腔室；

其中，所述離子源、所述第一真空腔室及所述第二真空腔室通過真空管道依次連接；所述第一組合螺線管設(shè)置在所述離子源與所述第一真空腔室之間；所述四象限限束探針設(shè)置在所述第一真空腔室上；所述雙向校正磁鐵設(shè)置在所述第一真空腔室與所述第二真空腔室之間；所述第二組合螺線管設(shè)置在所述雙向校正磁鐵與所述第二真空腔室之間；

所述第一組合螺線管及所述第二組合螺線管用于對離子束流聚焦和控制離子束流的方向；所述四象限限束探針用于控制所述離子束流的流強(qiáng)、尺寸及形狀。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述第一組合螺線管設(shè)置在所述離子源與所述第一真空腔室之間包括：

所述第一組合螺線管的中心設(shè)置有第一通孔，所述第一通孔與所述真空管道相匹配；

所述第一組合螺線管通過所述第一通孔安裝在所述離子源與所述第一真空腔室之間的真空管道上。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述第二組合螺線管設(shè)置在所述雙向校正磁鐵與所述第二真空腔室之間包括：

所述第二組合螺線管的中心設(shè)置有第二通孔，所述第二通孔與所述真空管道相匹配；

所述第二組合螺線管通過所述第二通孔安裝在所述雙向校正磁鐵與所述第二真空腔室之間的真空管道上。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述第一組合螺線管包括：螺線管線圈、雙向校正磁鐵線圈及磁厄回路；

所述第二組合螺線管包括：所述螺線管線圈、所述雙向校正磁鐵線圈及所述磁厄回路。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述第一組合螺線管及所述第二組合螺線管用于對離子束流聚焦和控制離子束流的方向包括：

所述螺線管線圈用于對所述離子束流聚焦；

所述雙向校正磁鐵線圈用于控制所述離子束流在水平方向和垂直方向的偏移量；

所述磁厄回路用于固定所述螺線管線圈及所述雙向校正磁鐵線圈并增強(qiáng)所述螺線管線圈及所述雙向校正磁鐵線圈的磁性。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述四象限限束探針設(shè)置在所述第一真空腔室上包括：

所述四象限限束探針包括：四個(gè)限束探針；

所述四個(gè)限束探針任意一個(gè)限束探針包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、真空法蘭、伸縮連接桿及擋束測量板；

所述四個(gè)限束探針通過所述真空法蘭安裝在所述第一真空腔室上，且所述四個(gè)限束探針在所述離子束流垂直面上任意兩個(gè)限束探針之間成90°；

所述四個(gè)限束探針相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針為一組限束探針。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述四象限限束探針用于控制所述離子束流的流強(qiáng)、尺寸及形狀包括：

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板之間的距離；

當(dāng)所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板之間的距離減小時(shí)，所述離子束流的流強(qiáng)減小；

當(dāng)所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板之間的距離增大時(shí)，所述離子束流的流強(qiáng)增大；

當(dāng)所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板之間的距離減小或增大時(shí)，所述離子束流的尺寸及形狀進(jìn)行相應(yīng)的改變。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述離子源用于產(chǎn)生1mA～1A量級(jí)的強(qiáng)流離子束。

優(yōu)選的，在上述傳輸系統(tǒng)中，所述真空管道包括：

制冷結(jié)構(gòu)，所述制冷結(jié)構(gòu)用于對所述真空管道進(jìn)行降溫。

通過上述描述可知，本發(fā)明提供的一種離子束的傳輸系統(tǒng)，所述傳輸系統(tǒng)包括：離子源、第一組合螺線管、第一真空腔室、四象限限束探針、雙向校正磁鐵、第二組合螺線管及第二真空腔室；其中，所述離子源、所述第一真空腔室及所述第二真空腔室通過真空管道依次連接；所述第一組合螺線管設(shè)置在所述離子源與所述第一真空腔室之間；所述四象限限束探針設(shè)置在所述第一真空腔室上；所述雙向校正磁鐵設(shè)置在所述第一真空腔室與所述第二真空腔室之間；所述第二組合螺線管設(shè)置在所述雙向校正磁鐵與所述第二真空腔室之間；所述第一組合螺線管及所述第二組合螺線管用于對離子束流聚焦和控制離子束流的方向；所述四象限限束探針用于控制所述離子束流的流強(qiáng)、尺寸及形狀。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，其一，本發(fā)明提供的一種離子束的傳輸系統(tǒng)通過第一組合螺線管和第二組合螺線管代替了現(xiàn)有技術(shù)中的螺線管透鏡，現(xiàn)有技術(shù)中的螺線管透鏡只具備對離子束流聚焦的能力，而本發(fā)明提供的第一組合螺線管及第二組合螺線管同時(shí)具備強(qiáng)流離子束流聚焦和控制離子束流方向的能力。其二，通過增加設(shè)置了四象限限束探針，可實(shí)現(xiàn)對離子束流流強(qiáng)、尺寸和形狀的精確控制，提高了離子束低能傳輸系統(tǒng)對強(qiáng)流離子束品質(zhì)的改善能力。因此，本發(fā)明提供的一種離子束的傳輸系統(tǒng)增強(qiáng)了對1mA～1A量級(jí)強(qiáng)流離子束的傳輸能力，且改善了離子束流品質(zhì)，進(jìn)而使強(qiáng)流離子束流能順利進(jìn)入后端加速系統(tǒng)進(jìn)行加速。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種離子束的傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種限束探針的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種組合螺線管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種離子束的傳輸系統(tǒng)，參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種離子束的傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該傳輸系統(tǒng)包括：離子源11、第一組合螺線管12、第一真空腔室13、四象限限束探針14、雙向校正磁鐵15、第二組合螺線管16及第二真空腔室17。

其中，所述離子源11、所述第一真空腔室13及所述第二真空腔室17通過真空管道依次連接。

需要說明的是，所述第一真空腔室13及所述第二真空腔室17用于安裝真空設(shè)備和離子束流診斷設(shè)備，例如安裝有真空分子泵、真空規(guī)管、四象限限束探針及法拉第筒，用于維持強(qiáng)流離子束傳輸過程中需要的高真空環(huán)境，其真空度范圍為10^-2Pa-10^-6Pa。所述離子源11用于產(chǎn)生1mA～1A量級(jí)的強(qiáng)流離子束，該離子源種類為電子回旋共振ECR離子源或射頻RF離子源，該強(qiáng)流離子束的種類為氘離子束或氘氚混合離子束或質(zhì)子束。

其中，所述第一組合螺線管12設(shè)置在所述離子源11與所述第一真空腔室13之間。

具體的，所述第一組合螺線管12的中心設(shè)置有第一通孔，所述第一通孔與所述真空管道相匹配。

所述第一組合螺線管12通過所述第一通孔安裝在所述離子源11與所述第一真空腔室13之間的真空管道上。

其中，所述四象限限束探針14設(shè)置在所述第一真空腔室13上。

具體的，所述四象限限束探針14包括：四個(gè)限束探針，每個(gè)限束探針都可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。

參考圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種限束探針的結(jié)構(gòu)示意圖，所述四個(gè)限束探針任意一個(gè)限束探針包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21、真空法蘭22、伸縮連接桿23及擋束測量板24。

其中，所述擋束測量板24具有制冷結(jié)構(gòu)，該制冷結(jié)構(gòu)包括但不限定于水冷結(jié)構(gòu)，且同時(shí)具備阻擋離子束流和測量離子束流強(qiáng)度的功能。

所述四個(gè)限束探針通過所述真空法蘭22安裝在所述第一真空腔室13上，且所述四個(gè)限束探針在所述離子束流垂直面上任意兩個(gè)限束探針之間成90°。

所述四個(gè)限束探針相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針為一組限束探針，也就是說，所述四個(gè)限束探針中成180°相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針為一組限束探針，且每一組限束探針中的兩個(gè)限束探針安裝在同一離子束流垂直面內(nèi)，兩組限束探針安裝在不同的離子束流垂直面內(nèi)，且兩組限束探針的安裝平面在沿著離子束流傳輸方向上的間距為1cm-5cm。

將兩組限束探針安裝在不同的離子束流垂直面內(nèi)，可以使每一組限束探針中的兩個(gè)限束探針的擋束測量板完全合攏，不會(huì)受到另一組限束探針中兩個(gè)限束探針的擋束測量板的干擾。

其中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21控制所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板24之間的距離，也就是說控制一組限束探針中兩個(gè)擋束測量板24相互接近或者遠(yuǎn)離，當(dāng)所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板24之間的距離減小時(shí)，部分離子束被擋掉，進(jìn)而使所述離子束流的流強(qiáng)減?。划?dāng)所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板24之間的距離增大時(shí)，通過的離子束就會(huì)增多，進(jìn)而使所述離子束流的流強(qiáng)增大；并且，當(dāng)所述一組限束探針中相對設(shè)置的兩個(gè)限束探針的擋束測量板24之間的距離減小或增大時(shí)，所述離子束流的尺寸及形狀進(jìn)行相應(yīng)的改變。因此通過精確調(diào)節(jié)兩組限束探針中兩個(gè)擋束測量板24之間的距離，可以實(shí)現(xiàn)精確控制離子束流的流強(qiáng)、尺寸和形狀。

其中，所述雙向校正磁鐵15設(shè)置在所述第一真空腔室13與所述第二真空腔室17之間。

具體的，所述雙向校正磁鐵15用于在離子束流垂直面內(nèi)對離子束流在水平和垂直兩個(gè)方向上進(jìn)行導(dǎo)向調(diào)節(jié)。

可選的，為了使所述雙向校正磁鐵15方便拆裝，所述雙向校正磁鐵15可做成上部可拆除結(jié)構(gòu)，也就是說，所述雙向校正磁鐵15可以安裝在真空管道的外面，并且為可拆除結(jié)構(gòu)。

其中，所述第二組合螺線管16設(shè)置在所述雙向校正磁鐵15與所述第二真空腔室17之間。

具體的，所述第二組合螺線管16的中心設(shè)置有第二通孔，所述第二通孔與所述真空管道相匹配。

所述第二組合螺線管16通過所述第二通孔安裝在所述雙向校正磁鐵15與所述第二真空腔室17之間的真空管道上。

需要說明的是，所述第一真空腔室13和所述第二真空腔室17為同一種真空腔室，所述第一組合螺線管13和所述第二組合螺線管16為同一種組合螺線管。

參考圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種組合螺線管的結(jié)構(gòu)示意圖。所述組合螺線管包括：

螺線管線圈31、雙向校正磁鐵線圈32及磁厄回路33。

也就是說，所述第一組合螺線管13包括：螺線管線圈31、雙向校正磁鐵線圈32及磁厄回路33；所述第二組合螺線管16包括：螺線管線圈31、雙向校正磁鐵線圈32及磁厄回路33。

在現(xiàn)有技術(shù)離子束流傳輸過程中，僅僅采用螺線管透鏡對離子束流進(jìn)行聚焦。

但是在本發(fā)明中，通過組合螺線管就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對離子束流進(jìn)行聚焦和矯正離子束流的運(yùn)動(dòng)方向的功能，其中，所述螺線管線圈31對離子束流具有聚焦能力，所述雙向校正磁鐵線圈32用于控制所述離子束流在水平方向和垂直方向的偏移量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對離子束流的導(dǎo)向功能，所述磁厄回路33用于固定所述螺線管線圈31及所述雙向校正磁鐵線圈32并增強(qiáng)所述螺線管線圈31及所述雙向校正磁鐵線圈32的磁性。

需要說明的是，所述組合螺線管對不同質(zhì)量的離子聚焦能力不同，在實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)離子順利傳輸時(shí)，使其他離子被散焦進(jìn)而損失掉，因此所述組合螺線管還用于對離子束流進(jìn)行質(zhì)量分析，提高引出離子束流中目標(biāo)離子的占比。

例如，用于氘氚聚變中子源的離子源引出的離子束流中通常含有D⁺、D₂⁺、D₃⁺，由于D⁺、D₂⁺、D₃⁺的質(zhì)量不同，所述組合螺線管中的所述螺線管線圈31對D⁺、D₂⁺、D₃⁺的聚焦能力不同，在對D⁺離子束匯聚的同時(shí)，對D₂⁺、D₃⁺離子發(fā)散，其中，大部分的D⁺可以實(shí)現(xiàn)順利傳輸，大部分的D₂⁺、D₃⁺被散焦而打到真空室壁上，不能繼續(xù)傳輸。因此，所述組合螺線管可以實(shí)現(xiàn)對離子束的質(zhì)量分析，從中選擇出目標(biāo)離子繼續(xù)傳輸，進(jìn)而提高了離子束流中目標(biāo)離子的占比，且在傳輸系統(tǒng)出口處目標(biāo)離子的占比可達(dá)99％以上。

需要說明的是，由于所述第一組合螺線管12及所述第二組合螺線管16具備上述所述組合螺線管的全部功能及特征。

并且，所述第一組合螺線管12和所述第二組合螺線管16的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊密，進(jìn)而為離子束低能傳輸系統(tǒng)節(jié)省安裝空間，縮短離子束流傳輸距離，進(jìn)而減少了離子束流的發(fā)散，提高了離子束流的傳輸效率。

需要說明的是，在離子束傳輸過程中，由于有雜散離子的轟擊，且螺線管線圈散焦離子至真空室壁上等情況，可以使真空管道過熱，因此，所述真空管道包括：

制冷結(jié)構(gòu)，所述制冷結(jié)構(gòu)用于對所述真空管道進(jìn)行降溫?？蛇x的，真空管道具有夾層水冷結(jié)構(gòu)。

通過上述描述可知，本發(fā)明提供的一種離子束的傳輸系統(tǒng)，其一，通過第一組合螺線管和第二組合螺線管代替了現(xiàn)有技術(shù)中的螺線管透鏡，現(xiàn)有技術(shù)中的螺線管透鏡只具備對離子束流聚焦的能力，而本發(fā)明提供的第一組合螺線管及第二組合螺線管同時(shí)具備強(qiáng)流離子束流聚焦和控制離子束流方向的能力。其二，通過增加設(shè)置了四象限限束探針，可實(shí)現(xiàn)對離子束流流強(qiáng)、尺寸和形狀的精確控制，提高了離子束低能傳輸系統(tǒng)對強(qiáng)流離子束品質(zhì)的改善能力，增強(qiáng)了對1mA～1A量級(jí)強(qiáng)流離子束的傳輸能力。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。