高电荷态ECR离子源

综述了中国科学院近代物理研究所近几年来高电荷态ECR离子源的最新进展。

蒸发冷却技术在高电荷态ECR离子源磁体上的应用——LECR4

高电荷态ECR离子源磁体的功率密度高、发热量大,磁体线圈的高效冷却是制约性能进一步提升的关键技术之一,是离子源磁体技术研究的重要内容。本文介绍了基于蒸发冷却技术的近代物理研究所第四代高电荷态ECR离子源(LECR4)的研制工作。该离子源磁体线圈采用饼式单元结构,利用线饼单元间的窄隙作为冷却工质的流动通道,液态蒸发冷却工质在通道内吸收线圈热量并汽化,气态的工质向上流动进入冷凝器而冷凝。基于冷却工质的相变过程,建立自循环蒸发冷却热力循环,实现对磁体线圈热量的传输。设计制作完成的LECR4离子源进行了系统试验,试验结果表明,采用自循环蒸发冷却方式的离子源磁体线圈长期稳定运行在60℃左右,各项磁场指标均达到设计要求。

永磁强流ECR离子源

文章介绍一台2.45GHz永磁强流ECR离子源,其直径为10cm,长10cm,重量不足5kg,可工作在直流模式和脉冲模式。脉冲模式引出的氢离子束峰值流强大于100mA,束流密度达到500mA/cm2;直流模式引出束流达到60mA,束流密度为300mA/cm2。两种模式的质子比均达到80%。

ECR离子源中的微波功率在线测量

在中子发生器中采用ECR离子源是一种新技术。由于受结构的限制,ECR离子源不能像高频源离子源那样通过观察气体放电的颜色判断其工作状态,所以在运行中调节状态非常困难。解决这个问题的方法是:用定向耦合器加微波小功率计的方法在线测量ECR离子源的微波入射功率,通过微波入射功率可以直接得到ECR离子源引出离子束流的大小,从而推断微波信号源的放电过程是否正常,然后调整ECR离子源,最终使中子发生器工作在最佳状态。从ECR离子源后面的引出电极测得的最大束流为20 mA,且工作长时间稳定,当微波功率在160 W^500 W之间时,放电效果较好,离子束流随微波功率的增加而增加。

高功率密度蒸发冷却ECR离子源磁体线圈研制

针对高功率密度ECR离子源磁体线圈高压水冷系统压力高、运行维护复杂、冷却能力受限等缺点,提出一种采用自循环蒸发冷却技术的ECR离子源磁体线圈。结合ECR离子源磁体线圈布局结构和运行可靠性要求高的特点,设计基于自循环蒸发冷却原理的高功率密度磁体线圈结构型式,该磁体线圈由饼式单元线圈阵列组成,单元线圈间设置垂直冷却通道,蒸发冷却介质在线圈热量的驱动下沿垂直通道自动流动。按照LECR-DRAGON磁体线圈的参数指标,建立蒸发冷却磁体线圈验证模型,实验结果表明,饼式单元线圈配合垂直冷却通道设计的磁体线圈结构,能够实现窗口电流密度12A/mm^2的负荷要求,并保持长期稳定可靠运行,满足工程实用的需要。

EPICS实现ECR离子源高压电源控制

本文在EPICS架构下设计了ECR离子源高压电源的控制逻辑结构,开发了支持其控制器的Record类型,完成了其IOC端的代码实现,实现了ECR离子源高压电源的控制并在现场运行。

强流高电荷态全永磁ECR离子源LAPECR2的初步调试

研制成功了一台强流高电荷态全永磁ECR(Electron Cyclotron Resonance)离子源LAPECR2(Lanzhou All Permanent Magnet ECR Ion Source No.2)。该离子源在完成磁体装配后已成功在近代物理研究所320 kV高压平台上安装就位,与后束运线完成对接组装。离子源于2005年7月在14.5 GHz实现了第一次成功起弧,并引出较强的混合束流。目前离子源已与后束线以及部分实验终端完成了联调,在实验终端能够获得强流较高电荷态的离子束流。本文将着重论述该全永磁源的结构技术特点和主要参数指标。本文还着重论述了LAPECR2离子源在14.5 GHz微波功率馈入条件下的初步调试结果,在此基础上对束流向实验终端联调的实验结果进行了讨论,着重分析了影响束流引出与传输效率的主要因素。

CIAE强流ECR离子源研制

本文介绍了研制的一台强流ECR微波离子源,其能从7mm直径的圆孔引出大于150mA的氢离子束(75keV),质子比达90%。该离子源采用独特的结构提高了离子源寿命。离子源在75keV、110mA束流条件下连续工作超过220h,束流中断2次,不间断工作时间超过150h。

ECR离子源高电荷态金属离子产生的MIVOC法实验研究

为满足兰州重离子加速器的实验要求,先后在中国科学院近代物理研究所14.5GHz(LECR2)及10GHz+14.5GHz(LECR3)高电荷态ECR离子源上使用MIVOC(Metallic ion fromvolatile compounds)方法进行了高电荷态金属离子产生的实验研究。主要研究了铁和镍的各种高电荷态离子的产生,具有代表性的是210eμA的Fe11+、175eμA的Fe12+、142eμA的Fe13+、25eμA的Fe16+、64eμA的Ni10+、57eμA的Ni13+、31eμA的Ni15+和15eμA的Ni16+。本文将分别给出两种金属离子产生的多电荷态束流谱图,并对实验装置的安排、实验现象及结果进行讨论与总结。

高电荷态ECR离子源的金属离子产生

简单介绍了采用炉子加热、挥发性金属化合物和溅射产生ECR离子源的金属离子的3种方法和实验结果,主要研究了铜、锌、镍和铁等多种电荷态离子的产生.对3种方法分别进行了探讨.

高电荷态ECR离子源

介绍了目前 ECR离子源的发展状况和国际上几台典型的

轴对称磁场的束流光学及其在ECR离子源中的应用(英文)

带电粒子在轴对称磁场中一边沿着对称轴向前运动,一边绕对称轴旋转。所以横向运动可以分解为两部分:聚焦运动和子午面的旋转。因此,4维横向传输矩阵可以表示为聚焦矩阵和旋转矩阵的乘积。用旋转矩阵和聚焦矩阵重新推导了总的传输矩阵。然后给出了相应的相椭圆系数矩阵来进一步估算从ECR离子源引出束流的发射度.详细地讨论了束流分布函数的二次矩。

一台可产生直流束和微秒脉冲束的ECR离子源

ECR离子源与其他离子源相比具有一些优点。例如在放电室中具有较低的工作气压,能产生均匀的高密度等离子体,由于无热阴极可耐腐蚀气体,工作寿命长、发射度小、高原子离子比和束流强度大。所以,应用在中子发生器中具有良好发展前景。专门应用于中子发生器的ECR离子源既可引出直流离子束,又可引出微秒脉冲离子束。介绍了这种ECR离子源的工作原理和结构,给出了测量到的主要参数和脉冲波形。

全永磁ECR离子源研究进展

ECR(电子回旋共振)离子源是产生稳定的强流多电荷态离子束流最有效装置。全永磁ECR离子源因其独特的特点为很多中小型多电荷态离子束流实验平台与离子注入机等系统所采用,为后者产生重复性好、稳定性强的多电荷态离子束流。本文着重论述了中国科学院近代物理研究所研制的几台全永磁多电荷态ECR离子源及其特性与典型性能,如能产生强流高电荷态离子束流的高性能全永磁离子源LAPECR2,能产生强流中低电荷态离子束流的LAPECR1,能产生多电荷态重金属离子束流的LAPECR1-M等。这些性能稳定的离子源为提高近代物理研究所相关试验平台的性能提供了关键的束流品质保障。

用连续激光在ECR离子源中产生金属离子研究

研究了用连续激光在ECR离子源中产生金属离子的方法,在中国科学院近代物理研究所的高电荷态离子源ECR2上。

ECR离子源辐射场的测量与评价

使用微波漏能仪和ＬｉＦ（Ｍｇ、Ｔｉ）－１００Ｍ型热释光剂量计对ＥＣＲ离子源辐射场的微波和Ｘ射线进行了测量，根据测量结果对其辐射场的辐射水平进行评价，并采取了必要的防护措施。

ECR离子源束流发射度测量系统设计

为了实现ECR离子源束流发射度的精确、可靠测量,同时实现将系统中不同设备的控制测量数据统一显示到操作界面,基于EPICS软件系统,开发完成了双狭缝电机运动控制和PXI板卡的数据采集的发射度测量系统。采用LabVIEW软件的DSC模块实现对束流流强的PV变量发布;基于StreamDevice开发了电机运动控制IOC程序。整套系统运行稳定可靠、使用方便,满足离子源束流发射度的测量要求。

我国超导高电荷态ECR离子源研究获重大进展

近代物理所赵红卫研究组经过优化设计和集成创新，突破了国际上沿用20多年的传统ECR离子源磁体结构。独创了一种把产生轴向磁镜场的螺线管线包置于径向六极铁内部的“冷铁”超导磁体结构，在世界上首次研制成功了具有原创结构的超导高电荷态ECR离子源（SECRAL）。该离子源在18GHz微波频率和18GHz与14．5GHz双频微波工作模式下先后产生了高电荷态离子束流强度的多项世界记录．

超导高电荷态ECR离子源——一个引进、消化、吸收、再创新的典范

由中科院近代物理研究所（简称近物所）承担的中科院知识创新工程重大项目“超导高电荷态ECR离子源”于2006年10月通过技术鉴定。包括方守贤等7位两院院士在内的专家鉴定委员会，审核和认可了南中国、美国、日本、俄罗斯4个国家专家组成的技术测试小组提交的测试报告，并进行了现场考察，一致认为该项目在高电荷态离子束流强度指标方面创造了多项国际记录，是当前世界上性能最好的高电荷态ECR离子源之一，在高电荷态ECR离子源技术方面处于国际领先．对ECR离子源技术发展起到了引导作用。

用于注入机的新型大束流ECR离子源

前面已经介绍过一种大束流ECR离子源,它能产生O^+的含量达80％的200mA氧束流。最近,又研制出能产生束流密度大于100mA/cm^2的两种更先进的ECR离子源,其中一种既能提供高束流密度,又克服了以前离子源中所存在的微波传送窗口易于损伤的毛病,高速回流电子轰击传送窗口产生的这种损伤限制了离子源的使用寿命。通过采用多个微波入口结构引导微波进入等离体室,既满足了产生ECR的条件,同时又可以产生没有回流电子轰击窗口的高密度等离子体;另一种是消耗功率很小,产生束流很大的小型离子源,它的这两个特点是通过将等离子体室的内径减小到5cm而获得的,其直径比2.45千兆赫微波的传播临界尺寸还要小,在250瓦的低微波功率下已得到1×10^(13)/cm^3的大等离子体密度。