一種空間電荷透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可使正離子或電子或質(zhì)子束流聚焦的透鏡，特別是一種中子發(fā)生器中使用的可使正離子束聚集的透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]強(qiáng)流氘氘(D-D)和氘氚(D-T)聚變反應(yīng)加速器中子源是重要的單能中子源(簡(jiǎn)稱中子發(fā)生器)，可廣泛應(yīng)用于核數(shù)據(jù)測(cè)量、核聚變堆基礎(chǔ)研宄、軍工基礎(chǔ)研宄等各個(gè)方面。這種中子源的基本原理是利用倍壓式加速器將約40mA氘(D)強(qiáng)流正離子束加速到400keV能量，轟擊氖鈦(TiD)革E或氣鈦(TiT)革E發(fā)生氖氖(D-D)或氖氣(D-T)聚變反應(yīng)產(chǎn)生快中子。
[0003]40mA的D正離子束在中子發(fā)生器加速管中被加速到400keV能量并傳輸出加速管時(shí)，由于加速管中電場(chǎng)的作用，正離子束中由于自中和電子大部分被剝離，強(qiáng)流D束空間電荷效應(yīng)十分明顯，束流發(fā)散很快，需要在加速管出口設(shè)置具有強(qiáng)聚焦性能的透鏡，保證強(qiáng)流D束的后傳輸并順利到達(dá)靶上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供一種可使離子或電子或質(zhì)子束流聚焦的由電子陷阱和磁透鏡組成的空間電荷透鏡。
[0005]本實(shí)用新型的空間電荷透鏡包括有一個(gè)管狀的第一負(fù)電極、與第一負(fù)電極間用間隙相隔的一個(gè)管狀的磁透鏡、和與管狀的磁透鏡間用間隙相隔的管狀第二負(fù)電極，且第一負(fù)電極、磁透鏡與第二負(fù)電極同軸設(shè)置，其中:磁透鏡由環(huán)狀磁軛和設(shè)置于環(huán)狀磁軛外的至少一塊環(huán)形磁鐵構(gòu)成，其磁場(chǎng)方向與束流傳輸方向相反，環(huán)形磁軛上有一個(gè)漏磁間隙，這一結(jié)構(gòu)將使相應(yīng)區(qū)域形成更強(qiáng)的磁場(chǎng)分布。在環(huán)形磁鐵與磁軛間設(shè)置有冷卻裝置，用于環(huán)形磁鐵的冷卻，以防止因離子束轟擊到磁鐵使磁鐵發(fā)熱引引起的磁鐵退磁。
[0006]本實(shí)用新型的空間電荷透鏡的環(huán)形磁鐵最好是采用四塊環(huán)狀永磁鐵組成，其中靠近第二負(fù)電極的第一塊環(huán)狀永磁鐵磁場(chǎng)方向指向環(huán)的圓外，相鄰的第二塊和第三塊環(huán)狀永磁鐵磁場(chǎng)方向指向與束流傳輸方向相反，第四塊環(huán)狀永磁鐵磁場(chǎng)方向指向環(huán)的圓心。采用四塊環(huán)狀磁鐵的結(jié)構(gòu)，可以在相同的充磁參數(shù)及體積下，使軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，同時(shí)可以使磁場(chǎng)分布更好。
[0007]作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，其空間電荷透鏡的環(huán)形磁軛上的漏磁間隙寬度為31毫米。
[0008]在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，環(huán)形磁鐵與磁軛間設(shè)置有可形成冷卻通路的間隙，構(gòu)成冷卻裝置。
[0009]本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)二次電子在軸向和徑向的約束，形成電子云，電子云不僅對(duì)正離子束有中和作用，而且對(duì)正離子束的聚焦效果顯著。本實(shí)用新型特別適合強(qiáng)流正離子束的聚焦。如要將一束強(qiáng)流正離子束聚焦到同樣的狀態(tài)下，與其他離子聚焦透鏡相比，本實(shí)用新型體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低。
【附圖說(shuō)明】
[0010]附圖1為本實(shí)用新型的空間電荷透鏡實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2為環(huán)形磁鐵示意圖(其中左圖為右圖的剖面示意圖)，附圖3為本實(shí)用新型的空間電荷透鏡與加速管的裝配示意圖，附圖4為本實(shí)用新型對(duì)稱軸上沿軸線的電場(chǎng)分布示意圖，圖5為本實(shí)用新型對(duì)稱軸上沿軸線的磁場(chǎng)分布示意圖。
[0011]附圖中:1-第一負(fù)電極；2_磁透鏡；3_由四個(gè)環(huán)形的永磁磁鐵構(gòu)成的環(huán)形磁鐵；4的箭頭分別表示各磁鐵的充磁方向；5_絕緣支撐柱；6_第二負(fù)電極2 ;7_磁軛；8_漏磁間隙；9_箭頭表示束流傳輸方向；10_離子源；11_加速管；12_本實(shí)用新型的空間電荷透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本實(shí)用新型以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)行解說(shuō)。
[0013]本實(shí)用新型中:管狀的第一負(fù)電極I與管狀的磁透鏡2間有間隙相隔；管狀的磁透鏡2與管狀第二負(fù)電極間有間隙相隔；且第一負(fù)電極、磁透鏡與第二負(fù)電極同軸設(shè)置，參見(jiàn)附圖1。本實(shí)用新型的磁透鏡由環(huán)狀磁軛和設(shè)置于環(huán)狀磁軛外環(huán)形磁鐵構(gòu)成，本實(shí)用新型的實(shí)施例中，磁透鏡的環(huán)形磁鐵3由四個(gè)環(huán)形的永磁磁鋼組成，四塊環(huán)形的永磁磁鋼的充磁方向見(jiàn)圖1中各箭頭4所示，每塊環(huán)形磁鋼由12塊釹鐵硼扇形永磁體拼接而成，環(huán)形磁鋼拼裝結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖2中所示。在環(huán)形磁軛7上有一個(gè)漏磁間隙8，環(huán)形磁鐵3與磁軛7間有冷卻通路，并采用水冷，以防止磁鋼受熱而導(dǎo)致的退磁。
[0014]本實(shí)用新型與加速管的裝配關(guān)系參見(jiàn)附圖3。
[0015]在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，空間電荷透鏡主體的長(zhǎng)度為220mm，外徑為190mm，電極和磁透鏡內(nèi)孔徑為100mm。磁鋼的外徑185mm，內(nèi)經(jīng)145mm，厚度為20mm。永磁體充磁參數(shù)為:剩磁13000 Gs，矯頑力12000 Oe0管狀的磁透鏡2與管狀第二負(fù)電極6和第一負(fù)電極I間的間隙距離為16mm ;漏磁間隙的間隙寬度是31mm。本實(shí)用新型的兩個(gè)不銹鋼負(fù)電極上所加負(fù)電壓均為_(kāi)5kV，在對(duì)稱軸上沿軸線產(chǎn)生的最大電子陷阱電場(chǎng)大于100V/cm，束流9與真空腔內(nèi)的殘余氣體碰撞或雜散D束轟擊電極產(chǎn)生的二次電子能量約為幾個(gè)eV量級(jí)，電子將在兩個(gè)負(fù)電極形成的電場(chǎng)中沿軸向來(lái)回反彈，lOOV/cm的最大電子陷阱電場(chǎng)足以約束二次電子沿軸向的逃逸。永磁型磁透鏡產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿軸線的最小值約200Gs，最大磁場(chǎng)約2000Gs，能量為幾個(gè)eV量級(jí)的二次電子圍繞磁力線作螺旋進(jìn)動(dòng)的回旋半徑很小，有利于電子的徑向約束。本實(shí)用新型的實(shí)施例中其對(duì)稱軸上沿軸線的電場(chǎng)分布參見(jiàn)附圖4，對(duì)稱軸上沿軸線的磁場(chǎng)分布參見(jiàn)附圖5。
[0016]本實(shí)用新型的空間電荷透鏡約束的電子產(chǎn)生的負(fù)的空間電荷場(chǎng)，可對(duì)強(qiáng)流中子發(fā)生器400kV/40mA強(qiáng)流D離子束進(jìn)行有效的徑向聚焦，同時(shí)，采用永磁方式實(shí)現(xiàn)了透鏡的小型化，滿足了安裝空間要求。該實(shí)用新型技術(shù)本克服了傳統(tǒng)單一磁透鏡聚焦性能太弱和傳統(tǒng)單一電透鏡破壞強(qiáng)流離子束自中和的缺陷，能保證400kV/40mA的強(qiáng)流D離子束通過(guò)后傳輸系統(tǒng)并轟擊在靶上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空間電荷透鏡，其特征在于包括有一個(gè)管狀的第一負(fù)電極、與第一負(fù)電極間用間隙相隔的一個(gè)管狀的磁透鏡、和與管狀的磁透鏡間用間隙相隔的管狀第二負(fù)電極，且第一負(fù)電極、磁透鏡與第二負(fù)電極同軸設(shè)置，其中:磁透鏡由環(huán)狀磁軛和設(shè)置于環(huán)狀磁軛外的至少一塊環(huán)形磁鐵構(gòu)成，其磁場(chǎng)方向與束流傳輸方向相反，環(huán)形磁軛上有一個(gè)漏磁間隙，環(huán)形磁鐵與磁軛間設(shè)置有冷卻裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間電荷透鏡，其特征在于所述的環(huán)形磁鐵由四塊環(huán)狀永磁鐵組成，其中靠近第二負(fù)電極的第一塊環(huán)狀永磁鐵磁場(chǎng)方向指向環(huán)的圓外，相鄰的第二塊和第三塊環(huán)狀永磁鐵磁場(chǎng)方向指向與束流傳輸方向相反，第四塊環(huán)狀永磁鐵磁場(chǎng)方向指向環(huán)的圓心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間電荷透鏡，其特征在于環(huán)形磁軛上的漏磁間隙寬度為31毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的空間電荷透鏡，其特征在于環(huán)形磁鐵與磁軛間設(shè)置有可形成冷卻通路的間隙，構(gòu)成冷卻裝置。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種中子發(fā)生器中使用的可使正離子束聚集的透鏡。本實(shí)用新型的空間電荷透鏡包括有一個(gè)管狀的第一負(fù)電極、與第一負(fù)電極間用間隙相隔的一個(gè)管狀的磁透鏡、和與管狀的磁透鏡間用間隙相隔的管狀第二負(fù)電極，且第一負(fù)電極、磁透鏡與第二負(fù)電極同軸設(shè)置，其中：磁透鏡由環(huán)狀磁軛和設(shè)置于環(huán)狀磁軛外的至少一塊環(huán)形磁鐵構(gòu)成，其磁場(chǎng)方向與束流傳輸方向相反，環(huán)形磁軛上還設(shè)有一個(gè)漏磁間隙。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)二次電子在軸向和徑向的約束，形成電子云，與其他離子聚焦透鏡相比，本實(shí)用新型體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低。
【IPC分類】H05H6-00, G21K1-093
【公開(kāi)號(hào)】CN204559997
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520298238
【發(fā)明人】盧小龍, 姚澤恩, 張宇
【申請(qǐng)人】蘭州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日