CN108511309A - 一种激光离子源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光离子源装置,它包括外靶室和内靶室,外靶室为真空密封状态,内靶室通过绝缘柱固定连接在外靶室内部的底面上,内靶室内设置有光学镜片,内靶室的左侧面上连接有离子引出内管道,离子引出内管道的外部设置有离子引出外管道,离子引出外管道的右端与外靶室相连,内靶室的顶面上设置有安装孔,安装孔内设置有安装架,安装架上与光学镜片相对应的位置设置有靶,安装架的顶端设置在靶移动平台上,靶移动平台通过支撑装置固定在外靶室的外侧面上,外靶室的底面上连接有真空管道,真空管道的另一端通过匹配管道与真空泵相连,内靶室通过金属高压线与高压接口相连;总的,本发明具有结构小巧、使用安全方便的优点。
Description
技术领域
本发明属于物理领域,具体涉及一种激光离子源装置。
背景技术
1969年,苏联科学家发明射频四极场(RFQ)加速器以来,强流离子的注入和强流离子的加速成为可能,但目前常用的电子回旋共振(ECR)离子源能实现强流质子的产生和注入,但还不能实现毫安量级的重离子的产生和注入;本发明的激光离子源实现了内靶室和引出内管道与其他周边设备的绝缘,实现离子源的小型化和装配的便利,同时保留了整体在外观上小巧结构,且能产生强流高电荷态重离子和毫安量级的超重元素的高电荷态。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,而提供一种结构小巧、使用安全方便的激光离子源装置,其通过把内靶室整体和其他设备绝缘,来实现更可靠、高安全的强流等离子注入方式,并可以实现毫安量级的重离子的产生和注入。
本发明的目的是这样实现的:一种激光离子源装置,它包括外靶室和内靶室,所述的外靶室为真空密封状态,所述的内靶室通过绝缘柱固定连接在外靶室内部的底面上,所述的内靶室内设置有光学镜片,所述的内靶室的侧面上光学镜片的后方设置有激光孔A,所述的内靶室的左侧面上连接有离子引出内管道,所述的离子引出内管道的左端连接有活套螺丝管道,所述的离子引出内管道的外部设置有离子引出外管道,所述的离子引出外管道的右端与外靶室相连,所述的内靶室的顶面上设置有安装孔,所述的安装孔内设置有安装架,所述的安装架上与光学镜片相对应的位置设置有靶,所述的安装架的顶端设置在靶移动平台上,所述的靶移动平台通过支撑装置固定在外靶室的外侧面上,所述的外靶室上与激光孔A相对应的位置设置有激光孔B,所述的激光孔B由玻璃密封,所述的外靶室的底面上连接有真空管道,所述的真空管道的另一端通过匹配管道与真空泵相连,所述的内靶室通过金属高压线与高压接口相连,所述的高压接口固定在外靶室的外侧面上。
所述的外靶室是由板状金属材料密封拼装组成。
所述的高压接口与外靶室之间通过绝缘密封法兰进行固定连接。
所述的真空管道与外靶室之间密封固定连接。
所述的真空管道与匹配管道之间通过密封法兰A进行密封固定连接。
所述的外靶室与离子引出外管道之间通过密封法兰B进行密封固定连接。
所述的离子引出外管道的左端设置有法兰接口。
所述的靶移动平台与外靶室之间通过密封法兰C进行固定连接。
所述的外靶室内的真空度为10-4-10-7Pa。
本发明的有益效果:本发明中的激光离子源是一种能够产生强流高电荷态重离子的装置,其能产生几百毫安的超重元素的高电荷态,如数百毫安的碳、铅、铁、金等的高电荷态(如12+等)离子,而这是目前其他离子源所不能产生的,本发明节省了大量空间和成本,更加经济实用,而且,本发明还具有高传输效率和便宜的高梯度加速能力;本发明在使用时,通过引出外管道和加速器的直接连接,可以将产生的数百毫安高电荷态重离子束加速,实现对强流重离子的加速;本发明主要是用于强流低能离子束流的加速和强流注入器等加速和应用装置,其能在更短的距离内注入更强的束流,当所述的激光离子源作为重粒子癌症治疗设施的离子源使用时,能比现有离子源的注入强度高数十倍,从而实现整个癌症治疗装置的小型化和简易化。
附图说明
图1是本发明一种激光离子源装置的结构示意图。
图中:1、外靶室 2、绝缘柱 3、内靶室 4、离子引出内管道 5、活套螺丝管道 6、法兰接口 7、离子引出外管道 8、密封法兰B 9、光学镜片 10、支撑装置 11、靶移动平台 12、密封法兰C 13、安装孔 14、安装架 15、金属高压线 16、高压接口 17、绝缘密封法兰 18、靶19、真空管道 20、密封法兰A 21、匹配管道 22、真空泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示,一种激光离子源装置,它包括外靶室1和内靶室3,所述的外靶室1为真空密封状态,所述的内靶室3通过绝缘柱2固定连接在外靶室1内部的底面上,所述的内靶室3内设置有光学镜片9,所述的内靶室3的侧面上光学镜片9的后方设置有激光孔A,所述的内靶室3的左侧面上连接有离子引出内管道4,所述的离子引出内管道4的左端连接有活套螺丝管道5,所述的离子引出内管道4的外部设置有离子引出外管道7,所述的离子引出外管道7的右端与外靶室1相连,所述的内靶室3的顶面上设置有安装孔13,所述的安装孔13内设置有安装架14,所述的安装架14上与光学镜片9相对应的位置设置有靶18,所述的安装架14的顶端设置在靶移动平台11上,所述的靶移动平台11通过支撑装置10固定在外靶室1的外侧面上,所述的外靶室1上与激光孔A相对应的位置设置有激光孔B,所述的激光孔B由玻璃密封,所述的外靶室1的底面上连接有真空管道19,所述的真空管道19的另一端通过匹配管道21与真空泵22相连,所述的内靶室3通过金属高压线15与高压接口16相连,所述的高压接口16固定在外靶室1的外侧面上。
本发明中的内靶室主要用来通过激光打靶产生等离子体,并约束等离子大规模扩散,外靶室主要用于密封真空和屏蔽等离子体的大规模扩散,离子引外管道用于与加速器等外部装置相连,离子引出内管道用于把内靶室内的等离子体引出到加速器等外部装置,真空泵通过真空管道与匹配管道对外靶室抽真空,光学镜片用来调节进入内靶室的激光的方向和聚焦到靶上的光斑的大小,靶移动平台可以在X方向、Y方向和Z方向上同时对靶的位置进行调节,外靶室上的激光孔B由玻璃密封,以方便激光从外靶室进入内靶室,内靶室上的激光孔A在光学镜片的后方,以方便把从外靶室进来的激光经光学镜片调整后准确的打到靶材上,内靶室上设置有安装孔,以方便靶的插入和移动;本发明中,离子引出内管道直接和内靶室固定连接,不和外靶室的壳体接触,而离子引出外管道和外靶室密封固定连接,不和内靶室的壳体接触,外管道和外靶室之间有真空密封;本发明中的内靶室通过高压金属线与高压接口相连,使得内靶室和引出内管道共同成为一个高压整体,而内靶室通过绝缘柱与外靶室相连,而且靶移动平台和靶均不与内靶室的壳体直接接触,所以外靶室、靶移动平台和靶均不带高压;本发明在使用时,可以通过离子引出外管道与加速器相连,高压接口通过高压金属线给激光离子源装置的内靶室加载一定值的高压,在内靶室内通过激光打靶,会产生包含有大量C6+ 离子在内的等离子体,等离子在惯性作用下沿着引出内管道漂移,当等离子体漂移到活套螺纹管道出口时,感受到该高压,在高压的作用下,等离子体中的C6+ 离子恰好能被加速到指定的速度,从而能被加速器俘获,进而被加速器加速,而等离子体中的其他离子在因为不能被加速器俘获而消散在加速器入口,因为此时的离子能量很低,对腔体没有损害;采用本发明中的激光离子源作为高电荷态强流重离子注入器,因为是等离子体直接注入,一定程度上抑制了低能段的空间电荷效应,因此能注入的C6+ 粒子数远远大于其他离子源;本发明中的激光离子源装置和直线注入器及同步环型加速器一起可以作为重粒子癌症治疗设施用时,具有设施更简单、束流强度更强、造价更低的优点。
实施例2
如图1所示,一种激光离子源装置,它包括外靶室1和内靶室3,所述的外靶室1为真空密封状态,所述的内靶室3通过绝缘柱2固定连接在外靶室1内部的底面上,所述的内靶室3内设置有光学镜片9,所述的内靶室3的侧面上光学镜片9的后方设置有激光孔A,所述的内靶室3的左侧面上连接有离子引出内管道4,所述的离子引出内管道4的左端连接有活套螺丝管道5,所述的离子引出内管道4的外部设置有离子引出外管道7,所述的离子引出外管道7的右端与外靶室1相连,所述的内靶室3的顶面上设置有安装孔13,所述的安装孔13内设置有安装架14,所述的安装架14上与光学镜片9相对应的位置设置有靶18,所述的安装架14的顶端设置在靶移动平台11上,所述的靶移动平台11通过支撑装置10固定在外靶室1的外侧面上,所述的外靶室1上与激光孔A相对应的位置设置有激光孔B,所述的激光孔B由玻璃密封,所述的外靶室1的底面上连接有真空管道19,所述的真空管道19的另一端通过匹配管道21与真空泵22相连,所述的内靶室3通过金属高压线15与高压接口16相连,所述的高压接口16固定在外靶室1的外侧面上;所述的外靶室1是由板状金属材料密封拼装组成;所述的高压接口16与外靶室1之间通过绝缘密封法兰17进行固定连接;所述的真空管道19与外靶室1之间密封固定连接;所述的真空管道19与匹配管道21之间通过密封法兰A20进行密封固定连接;所述的外靶室1与离子引出外管道7之间通过密封法兰B8进行密封固定连接;所述的离子引出外管道7的左端设置有法兰接口6;所述的靶移动平台11与外靶室1之间通过密封法兰C12进行固定连接;所述的外靶室1内的真空度为10-4-10-7Pa。
本发明中的内靶室主要用来通过激光打靶产生等离子体,并约束等离子大规模扩散,外靶室主要用于密封真空和屏蔽等离子体的大规模扩散,离子引外管道用于与加速器等外部装置相连,离子引出内管道用于把内靶室内的等离子体引出到加速器等外部装置,真空泵通过真空管道与匹配管道对外靶室抽真空,光学镜片用来调节进入内靶室的激光的方向和聚焦到靶上的光斑的大小,靶移动平台可以在X方向、Y方向和Z方向上同时对靶的位置进行调节,外靶室上的激光孔B由玻璃密封,以方便激光从外靶室进入内靶室,内靶室上的激光孔A在光学镜片的后方,以方便把从外靶室进来的激光经光学镜片调整后准确的打到靶材上,内靶室上设置有安装孔,以方便靶的插入和移动;本发明中,离子引出内管道直接和内靶室固定连接,不和外靶室的壳体接触,而离子引出外管道和外靶室密封固定连接,不和内靶室的壳体接触,外管道和外靶室之间有真空密封;本发明中的内靶室通过高压金属线与高压接口相连,使得内靶室和引出内管道共同成为一个高压整体,而内靶室通过绝缘柱与外靶室相连,而且靶移动平台和靶均不与内靶室的壳体直接接触,所以外靶室、靶移动平台和靶均不带高压;在实际使用过程中,本发明中所述的光学镜片可以安装外靶室中,也可安装在内靶室里;本发明中,所述的离子引出外管道的左端为法兰接口,以方便和加速器腔体连接;离子引出内管道的左端连接有活套螺丝管道,使得引出内管道可以做小范围的拉伸和缩进,以方便调节离子注入的位置、强度和发射度;外靶室为板状金属材料材料拼装组成,各个板状材料直接有真空密封;本发明在使用时,可以通过离子引出外管道与加速器相连,高压接口通过高压金属线给激光离子源装置的内靶室加载一定值的高压,在内靶室内通过激光打靶,会产生包含有大量C6+ 离子在内的等离子体,等离子在惯性作用下沿着引出内管道漂移,当等离子体漂移到活套螺纹管道出口时,感受到该高压,在高压的作用下,等离子体中的C6+ 离子恰好能被加速到指定的速度,从而能被加速器俘获,进而被加速器加速,而等离子体中的其他离子在因为不能被加速器俘获而消散在加速器入口,因为此时的离子能量很低,对腔体没有损害;采用本发明中的激光离子源作为高电荷态强流重离子注入器,因为是等离子体直接注入,一定程度上抑制了低能段的空间电荷效应,因此能注入的C6+ 粒子数远远大于其他离子源;本发明中的激光离子源装置和直线注入器及同步环型加速器一起可以作为重粒子癌症治疗设施用时,具有设施更简单、束流强度更强、造价更低的优点。
Claims (9)
1.一种激光离子源装置,它包括外靶室和内靶室,其特征在于:所述的外靶室为真空密封状态,所述的内靶室通过绝缘柱固定连接在外靶室内部的底面上,所述的内靶室内设置有光学镜片,所述的内靶室的侧面上光学镜片的后方设置有激光孔A,所述的内靶室的左侧面上连接有离子引出内管道,所述的离子引出内管道的左端连接有活套螺丝管道,所述的离子引出内管道的外部设置有离子引出外管道,所述的离子引出外管道的右端与外靶室相连,所述的内靶室的顶面上设置有安装孔,所述的安装孔内设置有安装架,所述的安装架上与光学镜片相对应的位置设置有靶,所述的安装架的顶端设置在靶移动平台上,所述的靶移动平台通过支撑装置固定在外靶室的外侧面上,所述的外靶室上与激光孔A相对应的位置设置有激光孔B,所述的激光孔B由玻璃密封,所述的外靶室的底面上连接有真空管道,所述的真空管道的另一端通过匹配管道与真空泵相连,所述的内靶室通过金属高压线与高压接口相连,所述的高压接口固定在外靶室的外侧面上。
2.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的外靶室是由板状金属材料密封拼装组成。
3.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的高压接口与外靶室之间通过绝缘密封法兰进行固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的真空管道与外靶室之间密封固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的真空管道与匹配管道之间通过密封法兰A进行密封固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的外靶室与离子引出外管道之间通过密封法兰B进行密封固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的离子引出外管道的左端设置有法兰接口。
8.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的靶移动平台与外靶室之间通过密封法兰C进行固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种激光离子源装置,其特征在于:所述的外靶室内的真空度为10-4-10-7Pa。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180907 |