CN106941066A - 一种电离效果稳定的射频离子源中和器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电离效果稳定的射频离子源中和器，包括射频电源、射频感抗匹配网络、起辉维持极、外罩体、射频线圈、绝缘电离腔体及正离子收集极；射频电源通过射频感抗匹配网络与射频线圈连接；射频线圈螺旋设于绝缘电离腔体的外侧壁，外罩体套设于射频线圈的外侧；绝缘电离腔体罩设于正离子收集极且与正离子收集极围合形成绝缘电离腔室；绝缘电离腔体开设有发射孔，起辉维持极开设有与发射孔对应的第一通孔；正离子收集极开设有用于通入惰性气体的进气通道，以及连通进气通道和绝缘电离腔室之间的惰性气体供气孔。本发明的射频线圈不随工作时长而变形，保证中和器电离效果的稳定性，且射频线圈的氧化效果得到有效抑制，提高射频线圈使用寿命的同时保证电离效果。

Description

一种电离效果稳定的射频离子源中和器
技术领域
本发明涉及射频离子源中和器技术领域，更具体地，涉及一种电离效果稳定的射频离子源中和器。
背景技术
离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置，它是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备不可缺少的部件。离子源中和器是向离子源引出的离子束发射电子，使束电流和束电荷得到中和的离子发射部件。
传统的中和器靠加热灯丝产生自由电子，由于灯丝寿命短，一般只有不到 10小时的连续工作时间，而基于射频技术驱动的离子源中和器，其寿命可以大大延长到1000小时以上，极高地提高了工作效率。但是现有的射频离子源中和器的射频线圈长时间工作后温度能达到数百度，温度的改变使得射频线圈产生变形，这将导致中和器的电离效果不稳定；另外，现有的射频线圈裸露在空气中，氧化效果严重，影响使用寿命的同时也影响电离效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其射频线圈不会随工作时间的延长而变形，保证了中和器电离效果的稳定性，且射频线圈的氧化效果得到有效抑制，提高射频线圈使用寿命的同时保证电离效果。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种电离效果稳定的射频离子源中和器，包括射频电源、射频感抗匹配网络、起辉维持极、外罩体、射频线圈、绝缘电离腔体及正离子收集极；射频电源通过射频感抗匹配网络与射频线圈连接；射频线圈螺旋设于绝缘电离腔体的外侧壁，外罩体套设于射频线圈的外侧，外罩体无顶部及底部；绝缘电离腔体罩设于正离子收集极且与正离子收集极围合形成绝缘电离腔室；绝缘电离腔体开设有发射孔，起辉维持极开设有与发射孔对应的第一通孔；正离子收集极开设有用于通入惰性气体的进气通道，以及连通进气通道和绝缘电离腔室之间的惰性气体供气孔；起辉维持极用于维持中和器内部的电离状态。
上述方案中，通过将射频线圈螺旋设于绝缘电离腔体的外侧壁，并将外罩体套设于射频线圈的外侧，使得射频线圈得到固定，不容易随工作时间的延长而产生变形，保证了中和器电离效果的稳定性，而且外罩体的设置减少了射频线圈与空气的接触面，进而使得射频线圈的氧化效果得到有效抑制，在提高射频线圈使用寿命的同时保证了电离效果。
优选地，绝缘电离腔体的外侧壁设有螺旋线槽，射频线圈螺旋设于螺旋线槽内。螺旋线槽与外罩体配合使用，便于将射频线圈进一步牢固固定，以进一步防止射频线圈产生变形，提高中和器电离效果的稳定性。
优选地，所述离子源中和器还包括罩射于外罩体外的屏蔽外壳，屏蔽外壳开设有与发射孔对应的第二通孔。利用屏蔽外壳进行屏蔽，避免外界因素对惰性气体的电离造成干扰，进一步提高了电离效果的稳定性和可靠性。
优选地，所述离子源中和器还包括设于外罩体与屏蔽外壳之间的导热片。导热片的设置便于将外罩体内的热量传输到屏蔽外壳上，进而加快热量散发的速度，使得射频线圈不产生变形，从而进一步提高中和器电离效果的稳定性。进一步优选地，所述导热片为石墨结构；这能进一步提高散热效果。
优选地，外罩体的顶部设有上沿台阶，射频线圈位于上沿台阶下。上沿台阶的设置能防止射频线圈上沿与屏蔽外壳接触发生短路情况。进一步优选地，绝缘电离腔体外侧壁的底部设有用于支撑外罩体的支撑部；支撑部与上沿台阶配合能更好地固定射频线圈，防止其产生变形。
优选地，外罩体及绝缘电离腔体为氮化铝陶瓷结构。这样设置能加快外罩体内热量的散失，使得射频线圈不产生变形，从而进一步提高中和器电离效果的稳定性。
优选地，外罩体上设有防卡死开口。防卡死开口设置在外罩体的竖直方向，这不但便于将外罩体安装在射频线圈的外侧，而且还能防止射频线圈膨胀后卡住外罩体，使外罩体无法拆下来。
优选地，所述离子源中和器还包括与正离子收集极连接的正离子收集极电源；还包括与所述起辉维持极连接的起辉维持极电源。正电子收集极电源的正极接地，正电子收集极电源的负极连接正离子收集极；起辉维持极电源的正极连接起辉维持极，起辉维持极电源的负极连接正电子收集电源的负极；通过调整起辉维持极电源，起辉后使起辉维持极保持电流稳定，从而保证中和器内部保持电离工作状态；通过正离子收集极电源和起辉维持极电源对正离子收集极和起辉维持极进行调节，实现工艺参数简单稳定可调，提高了操作便利性。
优选地，所述绝缘电离腔体为圆柱形腔体，发射孔设于绝缘电离腔体远离正离子收集极的一端的中部。将发射孔设置在绝缘电离腔体远离正离子收集极的中部位置，便于分布在绝缘电离腔室内的自由电子通过，提高中和器的电子发射效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种电离效果稳定的射频离子源中和器，通过将射频线圈螺旋设于绝缘电离腔体的外侧壁，并将外罩体套设于射频线圈的外侧，使得射频线圈得到固定，不容易随工作时间的延长而产生变形，保证了中和器电离效果的稳定性，而且外罩体的设置减少了射频线圈与空气的接触面，进而使得射频线圈的氧化效果得到有效抑制，在提高射频线圈使用寿命的同时保证了电离效果；通过在绝缘电离腔体的外侧壁设有螺旋线槽，并将射频线圈螺旋设于螺旋线槽内，螺旋线槽与外罩体配合使用，便于将射频线圈进一步牢固固定，以进一步防止射频线圈产生变形，提高中和器电离效果的稳定性；通过设置罩射于外罩体外的屏蔽外壳，并在屏蔽外壳开设有与发射孔对应的第二通孔，利用屏蔽外壳进行屏蔽，避免外界因素对惰性气体的电离造成干扰，进一步提高了电离效果的稳定性和可靠性；通过在外罩体与屏蔽外壳之间设置导热片，便于将外罩体内的热量传输到屏蔽外壳上，进而加快热量散发的速度，使得射频线圈不产生变形，从而进一步提高中和器电离效果的稳定性；通过在外罩体的顶部设有上沿台阶，并使射频线圈位于上沿台阶下，能防止射频线圈上沿与屏蔽外壳接触发生短路情况；通过在绝缘电离腔体外侧壁的底部设有用于支撑外罩体的支撑部，支撑部与上沿台阶配合能更好地固定射频线圈，防止其产生变形；通过在外罩体上设有防卡死开口，这不但便于将外罩体安装在射频线圈的外侧，而且还能防止射频线圈膨胀后卡住外罩体，使外罩体无法拆下来。
附图说明
图1为本实施例一种电离效果稳定的射频离子源中和器的剖视图。
图2为本实施例一种电离效果稳定的射频离子源中和器的工作原理图。
图3为图1中绝缘电离腔体的结构示意图。
图4为外罩体与射频线圈连接的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
本实施例一种电离效果稳定的射频离子源中和器的示意图如图1至图4所示，包括射频电源、射频感抗匹配网络、起辉维持极110、外罩体170、射频线圈130、绝缘电离腔体140及正离子收集极150；射频电源通过射频感抗匹配网络与射频线圈130连接；射频线圈130螺旋设于绝缘电离腔体140的外侧壁，外罩体170 套设于射频线圈130的外侧，外罩体170无顶部及底部；绝缘电离腔体140罩设于正离子收集极150且与正离子收集极150围合形成绝缘电离腔室；绝缘电离腔体140开设有发射孔180，起辉维持极110开设有与发射孔180对应的第一通孔 190；正离子收集极150开设有用于通入惰性气体的进气通道200，以及连通进气通道200和绝缘电离腔室之间的惰性气体供气孔160；起辉维持极110用于维持中和器内部的电离状态。为了使图简单明了，在图1中没有画出外罩体170。
使用该射频离子源中和器时，惰性气体通过正离子收集极150的进气通道 200和惰性气体供气孔160进入绝缘电离腔室，射频电源通过感抗匹配网络调制后输出功率加载到射频线圈130上，使绝缘电离腔室内形成电磁场，起辉维持极 110维持中和器内部保持电离工作状态，通过射频线圈130产生电磁场使惰性气体电离，产生自由电子并通过发射孔180射出，正离子收集极150用于收集绝缘电离腔室内的正离子，防止正离子导致的打火放电。本发明一种电离效果稳定的射频离子源中和器通过将射频线圈130螺旋设于绝缘电离腔体140的外侧壁，并将外罩体170套设于射频线圈130的外侧，使得射频线圈130得到固定，不容易随工作时间的延长而产生变形，保证了中和器电离效果的稳定性，而且外罩体 170的设置减少了射频线圈130与空气的接触面，进而使得射频线圈130的氧化效果得到有效抑制，在提高射频线圈130使用寿命的同时保证了电离效果。
其中，绝缘电离腔体140的外侧壁设有螺旋线槽141，射频线圈130螺旋设于螺旋线槽141内。螺旋线槽141与外罩体170配合使用，便于将射频线圈130 进一步牢固固定，以进一步防止射频线圈130产生变形，提高中和器电离效果的稳定性。
另外，所述离子源中和器还包括罩射于外罩体170外的屏蔽外壳120，屏蔽外壳120开设有与发射孔180对应的第二通孔210。利用屏蔽外壳120进行屏蔽，避免外界因素对惰性气体的电离造成干扰，进一步提高了电离效果的稳定性和可靠性。
其中，所述离子源中和器还包括设于外罩体170与屏蔽外壳120之间的导热片。导热片的设置便于将外罩体170内的热量传输到屏蔽外壳120上，进而加快热量散发的速度，使得射频线圈130不产生变形，从而进一步提高中和器电离效果的稳定性。本实施例中，为了进一步提高散热效果，将所述导热片设置为石墨结构。
另外，外罩体170的顶部设有上沿台阶171，射频线圈130位于上沿台阶171 下。上沿台阶171的设置能防止射频线圈130上沿与屏蔽外壳120接触发生短路情况。本实施例中，绝缘电离腔体140外侧壁的底部设有用于支撑外罩体170 的支撑部142；支撑部142与上沿台阶171配合能更好地固定射频线圈130，防止其产生变形。
其中，外罩体170及绝缘电离腔体140为氮化铝陶瓷结构。这样设置能加快外罩体170内热量的散失，使得射频线圈130不产生变形，从而进一步提高中和器电离效果的稳定性。
另外，外罩体170上设有防卡死开口172。防卡死开口172设置在外罩体170 的竖直方向，这不但便于将外罩体170安装在射频线圈130的外侧，而且还能防止射频线圈130膨胀后卡住外罩体170，使外罩体170无法拆下来。
其中，所述离子源中和器还包括与正离子收集极150连接的正离子收集极电源；还包括与所述起辉维持极110连接的起辉维持极电源。正电子收集极电源的正极接地，正电子收集极电源的负极连接正离子收集极；起辉维持极电源的正极连接起辉维持极，起辉维持极电源的负极连接正电子收集电源的负极；通过调整起辉维持极电源，起辉后使起辉维持极110保持电流稳定，从而保证中和器内部保持电离工作状态；通过正离子收集极电源和起辉维持极电源对正离子收集极 150和起辉维持极110进行调节，实现工艺参数简单稳定可调，提高了操作便利性。
另外，所述绝缘电离腔体140为圆柱形腔体，发射孔180设于绝缘电离腔体 140远离正离子收集极150的一端的中部。将发射孔180设置在绝缘电离腔体140 远离正离子收集极150的中部位置，便于分布在绝缘电离腔室内的自由电子通过，提高中和器的电子发射效率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，包括射频电源、射频感抗匹配网络、起辉维持极(110)、外罩体(170)、射频线圈(130)、绝缘电离腔体(140)及正离子收集极(150)；射频电源通过射频感抗匹配网络与射频线圈(130)连接；射频线圈(130)螺旋设于绝缘电离腔体(140)的外侧壁，外罩体(170)套设于射频线圈(130)的外侧，外罩体(170)无顶部及底部；绝缘电离腔体(140)罩设于正离子收集极(150)且与正离子收集极(150)围合形成绝缘电离腔室；绝缘电离腔体(140)开设有发射孔(180)，起辉维持极(110)开设有与发射孔(180)对应的第一通孔(190)；正离子收集极(150)开设有用于通入惰性气体的进气通道(200)，以及连通进气通道(200)和绝缘电离腔室之间的惰性气体供气孔(160)；起辉维持极(110)用于维持中和器内部的电离状态。
2.根据权利要求1所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，绝缘电离腔体(140)的外侧壁设有螺旋线槽(141)，射频线圈(130)螺旋设于螺旋线槽(141)内。
3.根据权利要求1所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，所述离子源中和器还包括罩射于外罩体(170)外的屏蔽外壳(120)，屏蔽外壳(120)开设有与发射孔(180)对应的第二通孔(210)。
4.根据权利要求3所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，所述离子源中和器还包括设于外罩体(170)与屏蔽外壳(120)之间的导热片。
5.根据权利要求3所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，外罩体(170)的顶部设有上沿台阶(171)，射频线圈(130)位于上沿台阶(171)下。
6.根据权利要求5所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，绝缘电离腔体(140)外侧壁的底部设有用于支撑外罩体(170)的支撑部(142)。
7.根据权利要求1所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，外罩体(170)及绝缘电离腔体(140)为氮化铝陶瓷结构。
8.根据权利要求1所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，外罩体(170)上设有防卡死开口(172)。
9.根据权利要求1所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，所述离子源中和器还包括与正离子收集极(150)连接的正离子收集极电源；还包括与所述起辉维持极(110)连接的起辉维持极电源。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种电离效果稳定的射频离子源中和器，其特征在于，所述绝缘电离腔体(140)为圆柱形腔体，发射孔(180)设于绝缘电离腔体(140)远离正离子收集极(150)的一端的中部。
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