CN108682600A - 一种带有防打火装置的离子源 - Google Patents
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Abstract
本公开属于同位素领域，特别涉及一种带有防打火装置的离子源；该装置包括：高压屏蔽外壳、防打火罩、PIG板；其中高压屏蔽外壳固定在离子源头部；防打火罩固定在离子源头部和中部；两块儿PIG板通过电极支架固定在离子源头部两侧。大大降低了在同位素电磁分离器用离子源工作时，由于离子源处于高电位、高磁场情况下，经常出现打火的问题，提高了离子源的工作的稳定性。
Description
技术领域
本公开属于同位素领域，特别涉及一种带有防打火装置的离子源。
背景技术
同位素分离器用离子源属于强流离子源的一种，主要用于产生待分离元素同位素离子，是电磁分离器的核心部件，它的性能的好坏，直接影响着主设备的性能。由于离子源是在高真空、高电压、高温、高磁场、离子轰击等恶劣的环境中工作，打火现象非常常见，比其它类型的离子源严重得多，对离子源的性能及束流品质有不可忽视的影响。特别容易引起离子源部件的损坏，影响正常的分离运行，同时高压打火，还会造成同位素之间互相的玷污。
这种离子源的“打火”，主要有“PIG”(Penning ion gauge)放电，电子飘逸放电和高压击穿尖端放电。
发明内容
(一)发明的目的
为克服现有技术的不足，本公开提供了一种减少放电、降低打火次数的带有防打火装置的离子源。
(二)技术方案
一种带有防打火装置的离子源，该离子源的防打火装置包括：高压屏蔽外壳；
其中所述高压屏蔽外壳固定在离子源头部；
所述高压屏蔽外壳包括：第一箱体和第二箱体；第一箱体与第二箱体固定连接，并且互相畅通，形成L型箱体结构的高压屏蔽外壳，并且在高压屏蔽外壳底部为敞开设置；
所述第二箱体顶部设置有U型排列的贯穿圆孔，且所述贯穿圆孔排列的成U型的开口对准第一箱体；
在所述贯穿圆孔排列成的U型内部设置有长方形贯穿圆孔。
所述第一箱体顶部设置有开口。
所述高压屏蔽外壳材质为不锈钢。
所述离子源防打火装置还包括：防打火罩；
其中所述防打火罩包括：外防打火罩和内防打火罩；所述内防打火罩固定在离子源中部，外防打火罩固定在离子源头部；
其中所述外防打火罩包括：圆筒和锥形筒；所述锥形筒的小径端直径小于圆筒的直径，并且锥形筒的小径端与圆筒固定连接；所述锥形筒的大径端设置有法兰；
其中所述内防打火罩包括：第一防护罩、第二防护罩和第三防护罩；
所述第二防护罩固定在第一防护罩上，所述第三防护罩固定在第二防护罩上。
所述第一防护罩为圆筒型结构，并且在所述第一防护罩底部设置有长方形贯穿孔。
所述第二防护罩为管型结构；且所述防护罩一端设置有法兰板。
所述第三防护罩包括：第一圆管和第二圆管；
所述第一圆管与第二圆管轴向固定连接；并且所述第一圆管外径小于第二圆管外径；
所述第二圆管的一半管壁材质为石墨，另外一半管壁材质为不锈钢；并且所述第二圆管两种材质的管壁分界线与第二圆管轴线平行。
所述离子源防打火装置还包括：PIG板；
其中所述PIG板通过电极支架固定在离子源头部两侧；
所述PIG板为槽钢型结构，并且PIG板的一侧支脚为弧形。
所述PIG板的数量为2。
(三)有益效果
本公开在离子源头部安装高压屏蔽外壳，将阴极、放电室及加热器均罩在里面，使得高电位分布更加平滑，大大减少了尖角，降低了尖端放电打火的几率。同时在高压屏蔽外壳的第一箱体顶部设有开口，改变了此处的气流分布及真空度下降现象，避免了由于铷溢出功低，在真空度下降时引起的高压打火，从而避免了高压屏蔽外壳的高温烧熔。
本公开在离子源的头部和中部安装防火罩，在离子漂移的某些空间，利用防火罩形成与磁场方向相同的电场，使电子尽快被防火罩吸收，减少打火。
本公开在离子源头部两侧安装PIG板，改变离子源头部的电场分布，降低电子振荡放电(即PIG放电)，从而减少打火。
本公开提供的带有防打火装置的离子源打火次数明显减少，减少20％。离子源的平均接收时间达到40小时左右，比以往的30个小时提高了约33％；以87Rb为例，最大束流由3.5mA提高到4mA。
附图说明
图1是本公开的一个实施例的带有防打火装置的离子源结构示意图；
图2是本公开的一个实施例的高压屏蔽外壳结构示意图；
图3是本公开的一个实施例的内防打火罩结构示意图；
图4是图3中的第一防护罩结构示意图；
图5是图3中的第二防护罩结构示意图；
图6是图3中的第三防护罩结构示意图；
图7是本公开的一个实施例的外防打火罩结构示意图；
图8是本公开的一个实施例的PIG板结构示意图；
图9是本公开的一个实施例的高压屏蔽外壳设置开口前气流图；
图10是本公开的一个实施例的高压屏蔽外壳设置开口后气流图；
图11是本公开的一个实施例的安装PIG板前电场图；
图12是本公开的一个实施例的安装PIG板后电场图；
A外防打火罩B内防打火罩C高压屏蔽外壳D方法兰
1第一箱体 2第二箱体 3第一防护罩 4第二防护罩 5第三防护罩 6第一圆管
7第二圆管 8圆筒 9锥形筒 10 PIG板 11电极支架
具体实施方式
为了更加进一步说明本公开的技术方案，采用如下具体实施方式进行简要说明：
一种带有防打火装置的离子源，该装置包括：高压屏蔽外壳、防打火罩、PIG板10；
其中在离子源头部安装一个高压屏蔽外壳，在离子源的头部和中部安装了内、外两套防打火罩，方法兰后钼玻璃筒内安装了一个紫铜制的外防打火罩，保护钼玻璃筒；在方法兰前、高压屏蔽外壳后安装第2套内防打火罩，地电位的防打火罩用紫铜制作，处于正电位的防打火罩右半部分(漂移区)用石墨制作，左半部分为不锈钢；两块PIG板通过电极支架安装在离子源头部，这两块板与离子源高压屏蔽外壳平行。
高压屏蔽外壳包括：第一箱体1和第二箱体2；第一箱体1与第二箱体2固定连接，并且互相畅通，形成L型箱体结构的高压屏蔽外壳，并且在高压屏蔽外壳底部为敞开设置；
第二箱体2顶部设置有U型排列的贯穿圆孔，且贯穿圆孔排列成U型的开口对准第一箱体1；在贯穿圆孔排列成的U型内部设置有长方形贯穿圆孔。第一箱体1顶部设置有开口。高压屏蔽外壳材质为不锈钢。
本公开在离子源头部安装高压屏蔽外壳，将阴极、放电室及加热器均罩在里面，使得高电位分布更加平滑，大大减少了尖角，降低了尖端放电打火的几率。同时在高压屏蔽外壳的第一箱体1顶部设有开口，改变了此处的气流分布及真空度下降现象，避免了由于铷溢出功低，在真空度下降时引起的高压打火，从而避免了高压屏蔽外壳的高温烧熔。
在离子源的防打火装置中还装置有防打火罩；
其中防打火罩包括：第一防护罩3、第二防护罩4和第三防护罩5；第二防护罩4固定在第一防护罩3上，第三防护罩5固定在第二防护罩4上。
第一防护罩3为圆筒型结构，并且在第一防护罩3底部设置有长方形贯穿孔；第二防护罩4为管型结构；且防护罩一端设置有法兰板；第三防护罩5包括：第一圆管6和第二圆管7；第一圆管6与第二圆管7轴向固定连接；并且第一圆管6外径小于第二圆管7外径；第二圆管7一半管壁材质为石墨，另外一半管壁材质为不锈钢；并且第二圆管7两种材质的管壁分界线与第二圆管7轴线平行。
本公开在离子源的头部和中部安装防火罩，在离子漂移的某些空间，利用防火罩形成与磁场方向相同的电场，使电子尽快被防火罩吸收，减少打火。
本公开在离子源头部两侧安装PIG板，改变离子源头部的电场分布，降低电子振荡放电(即PIG放电)，从而减少打火。其中PIG板10为槽钢型结构，并且PIG板10一侧支脚为弧形。
本公开提供的带有防打火装置的离子源打火次数明显减少，减少20％。装备后，离子源的平均接收时间达到40小时左右，比以往的30个小时提高了约33％；以87Rb为例，最大束流由3.5mA提高到4mA。
实施例1
本实施例采用上述结构带有防打火装置的离子源，其不同之处在于：
本实施例的离子源只采用高压屏蔽外壳，并对高压屏蔽外壳顶部进行了优化，高压屏蔽外壳优化的结构如图2所示，优化后，Rbcl蒸汽直接通过窗口进入真空室，高压屏蔽外壳优化前后气流走势如图10所示：保证高压屏蔽外壳良好真空度，避免了由于高压屏蔽外壳顶部过热产生烧熔现象。
其中高压屏蔽外壳固定在离子源头部；高压屏蔽外壳包括：第一箱体1和第二箱体2；第一箱体1与第二箱体2固定连接，并且互相畅通，形成L型箱体结构的高压屏蔽外壳，并且在高压屏蔽外壳底部为敞开设置；
第二箱体2顶部设置有U型排列的贯穿圆孔，且贯穿圆孔排列成U型的开口对准第一箱体1；在贯穿圆孔排列成的U型内部设置有长方形贯穿圆孔。第一箱体1顶部设置有开口。高压屏蔽外壳材质为不锈钢。
本实施例在离子源头部安装高压屏蔽外壳，将阴极、放电室及加热器均罩在里面，使得高电位分布更加平滑，大大减少了尖角，降低了尖端放电打火的几率。同时在高压屏蔽外壳的第一箱体1顶部设有开口，改变了此处的气流分布及真空度下降现象，避免了由于铷溢出功低，在真空度下降时引起的高压打火，从而避免了高压屏蔽外壳的高温烧熔。
实施例2
本实施例采用上述结构带有防打火装置的离子源，其不同之处在于：
(1)本实施例的离子源采用高压屏蔽外壳，并对高压屏蔽外壳顶部进行了优化，高压屏蔽外壳优化的结构如图2所示，优化后，Rbcl蒸汽直接通过窗口进入真空室，高压屏蔽外壳优化前后气流走势如图10所示：保证高压屏蔽外壳良好真空度，避免了由于高压屏蔽外壳顶部过热产生烧熔现象。
其中高压屏蔽外壳固定在离子源头部；高压屏蔽外壳包括：第一箱体1和第二箱体2；第一箱体1与第二箱体2固定连接，并且互相畅通，形成L型箱体结构的高压屏蔽外壳，并且在高压屏蔽外壳底部为敞开设置；
第二箱体2顶部设置有U型排列的贯穿圆孔，且贯穿圆孔排列成U型的开口对准第一箱体1；在贯穿圆孔排列成的U型内部设置有长方形贯穿圆孔。第一箱体1顶部设置有开口。高压屏蔽外壳材质为不锈钢。
本实施例在离子源头部安装高压屏蔽外壳，将阴极、放电室及加热器均罩在里面，使得高电位分布更加平滑，大大减少了尖角，降低了尖端放电打火的几率。同时在高压屏蔽外壳的第一箱体1顶部设有开口，改变了此处的气流分布及真空度下降现象，避免了由于铷溢出功低，在真空度下降时引起的高压打火，从而避免了高压屏蔽外壳的高温烧熔。
(2)还安装了两套防打火罩，在离子源的头部和中部安装了内、外两套防打火罩，方法兰后钼玻璃筒内安装了一个紫铜制的外防打火罩，保护钼玻璃筒；在方法兰前、高压屏蔽外壳后安装第2套内防打火罩，地电位的防打火罩用紫铜制作，处于正电位的防打火罩右半部分(漂移区)用石墨制作，左半部分为不锈钢；如图3。
其中防打火罩包括：第一防护罩3、第二防护罩4和第三防护罩5；第二防护罩4固定在第一防护罩3上，第三防护罩5固定在第二防护罩4上。
第一防护罩3为圆筒型结构，并且在第一防护罩3底部设置有长方形贯穿孔；第二防护罩4为管型结构；且防护罩一端设置有法兰板；第三防护罩5包括：第一圆管6和第二圆管7；第一圆管6与第二圆管7轴向固定连接；并且第一圆管6外径小于第二圆管7外径；第二圆管7一半管壁材质为石墨，另外一半管壁材质为不锈钢；并且第二圆管7两种材质的管壁分界线与第二圆管7轴线平行。
实施例3
本实施例采用上述结构带有防打火装置的离子源，其不同之处在于：
(1)本实施例的离子源采用高压屏蔽外壳，并对高压屏蔽外壳顶部进行了优化，高压屏蔽外壳优化的结构如图2所示，优化后，Rbcl蒸汽直接通过窗口进入真空室，高压屏蔽外壳优化前后气流走势如图10所示：保证高压屏蔽外壳良好真空度，避免了由于高压屏蔽外壳顶部过热产生烧熔现象。
其中高压屏蔽外壳固定在离子源头部；高压屏蔽外壳包括：第一箱体1和第二箱体2；第一箱体1与第二箱体2固定连接，并且互相畅通，形成L型箱体结构的高压屏蔽外壳，并且在高压屏蔽外壳底部为敞开设置；
第二箱体2顶部设置有U型排列的贯穿圆孔，且贯穿圆孔排列成U型的开口对准第一箱体1；在贯穿圆孔排列成的U型内部设置有长方形贯穿圆孔。第一箱体1顶部设置有开口。高压屏蔽外壳材质为不锈钢。
本实施例在离子源头部安装高压屏蔽外壳，将阴极、放电室及加热器均罩在里面，使得高电位分布更加平滑，大大减少了尖角，降低了尖端放电打火的几率。同时在高压屏蔽外壳的第一箱体1顶部设有开口，改变了此处的气流分布及真空度下降现象，避免了由于铷溢出功低，在真空度下降时引起的高压打火，从而避免了高压屏蔽外壳的高温烧熔。
(2)还安装了PIG板，在离子源头部，通过电极支架装了两块PIG板(如图8)，这两块板与离子源高压屏蔽外壳平行，距离20mm，改变了电场分布，减少了PIG放电。
本实施例在离子源头部两侧安装PIG板，改变离子源头部的电场分布，降低电子振荡放电(即PIG放电)，从而减少打火。其中PIG板10为槽钢型结构，并且PIG板10一侧支脚为弧形。
实施例4
本实施例采用上述结构带有防打火装置的离子源，其不同之处在于：
(1)本实施例的离子源采用高压屏蔽外壳，并对高压屏蔽外壳顶部进行了优化，高压屏蔽外壳优化的结构如图2所示，优化后，Rbcl蒸汽直接通过窗口进入真空室，高压屏蔽外壳优化前后气流走势如图10所示：保证高压屏蔽外壳良好真空度，避免了由于高压屏蔽外壳顶部过热产生烧熔现象。
其中高压屏蔽外壳固定在离子源头部；高压屏蔽外壳包括：第一箱体1和第二箱体2；第一箱体1与第二箱体2固定连接，并且互相畅通，形成L型箱体结构的高压屏蔽外壳，并且在高压屏蔽外壳底部为敞开设置；
第二箱体2顶部设置有U型排列的贯穿圆孔，且贯穿圆孔排列成U型的开口对准第一箱体1；在贯穿圆孔排列成的U型内部设置有长方形贯穿圆孔。第一箱体1顶部设置有开口。高压屏蔽外壳材质为不锈钢。
本实施例在离子源头部安装高压屏蔽外壳，将阴极、放电室及加热器均罩在里面，使得高电位分布更加平滑，大大减少了尖角，降低了尖端放电打火的几率。同时在高压屏蔽外壳的第一箱体1顶部设有开口，改变了此处的气流分布及真空度下降现象，避免了由于铷溢出功低，在真空度下降时引起的高压打火，从而避免了高压屏蔽外壳的高温烧熔。
(2)还安装了两套防打火罩，在离子源的头部和中部安装了内、外两套防打火罩，方法兰后钼玻璃筒内安装了一个紫铜制的外防打火罩，保护钼玻璃筒；在方法兰前、高压屏蔽外壳后安装第2套内防打火罩，地电位的防打火罩用紫铜制作，处于正电位的防打火罩右半部分(漂移区)用石墨制作，左半部分为不锈钢；如图3。
其中防打火罩包括：第一防护罩3、第二防护罩4和第三防护罩5；第二防护罩4固定在第一防护罩3上，第三防护罩5固定在第二防护罩4上。
第一防护罩3为圆筒型结构，并且在第一防护罩3底部设置有长方形贯穿孔；第二防护罩4为管型结构；且防护罩一端设置有法兰板；第三防护罩5包括：第一圆管6和第二圆管7；第一圆管6与第二圆管7轴向固定连接；并且第一圆管6外径小于第二圆管7外径；第二圆管7一半管壁材质为石墨，另外一半管壁材质为不锈钢；并且第二圆管7两种材质的管壁分界线与第二圆管7轴线平行。
(3)还安装了PIG板，在离子源头部，通过电极支架装了两块PIG板(如图8)，这两块板与离子源高压屏蔽外壳平行，距离20mm，改变了电场分布，减少了PIG放电。
本实施例在离子源头部两侧安装PIG板，改变离子源头部的电场分布，降低电子振荡放电(即PIG放电)，从而减少打火。其中PIG板10为槽钢型结构，并且PIG板10一侧支脚为弧形。
显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若对本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其同等技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本公开的举例说明，本公开也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本公开的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本公开的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本公开的范围内。
Claims (9)
1.一种带有防打火装置的离子源，该离子源的防打火装置包括：高压屏蔽外壳(C)；
其中所述高压屏蔽外壳(C)固定在离子源头部；
所述高压屏蔽外壳(C)包括：第一箱体(1)和第二箱体(2)；第一箱体(1)与第二箱体(2)固定连接，并且互相畅通，形成L型箱体结构的高压屏蔽外壳(C)，并且在高压屏蔽外壳(C)底部为敞开设置；
所述第二箱体(2)顶部设置有U型排列的贯穿圆孔，且所述贯穿圆孔排列的成U型的开口对准第一箱体(1)；
在所述贯穿圆孔排列成的U型内部设置有长方形贯穿圆孔。
2.根据权利要求1一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述第一箱体(1)顶部设置有开口。
3.根据权利要求1一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述高压屏蔽外壳(C)材质为不锈钢。
4.根据权利要求1一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述离子源防打火装置还包括：防打火罩；
其中所述防打火罩包括：外防打火罩(A)和内防打火罩(B)；所述内防打火罩(B)固定在离子源中部，外防打火罩(A)固定在离子源头部；
其中所述外防打火罩(A)包括：圆筒(8)和锥形筒(9)；所述锥形筒(9)的小径端直径小于圆筒(8)的直径，并且锥形筒(9)的小径端与圆筒(8)固定连接；所述锥形筒(9)的大径端设置有法兰；
其中所述内防打火罩(B)包括：第一防护罩(3)、第二防护罩(4)和第三防护罩(5)；
所述第二防护罩(4)固定在第一防护罩(3)上，所述第三防护罩(5)固定在第二防护罩(4)上。
5.根据权利要求4所述一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述第一防护罩(3)为圆筒型结构，并且在所述第一防护罩(3)底部设置有长方形贯穿孔。
6.根据权利要求4所述一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述第二防护罩(4)为管型结构；且所述防护罩一端设置有法兰板。
7.根据权利要求4所述一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述第三防护罩(5)包括：第一圆管(6)和第二圆管(7)；
所述第一圆管(6)与第二圆管(7)轴向固定连接；并且所述第一圆管(6)外径小于第二圆管(7)外径；
所述第二圆管(7)的一半管壁材质为石墨，另外一半管壁材质为不锈钢；并且所述第二圆管(7)两种材质的管壁分界线与第二圆管(7)轴线平行。
8.根据权利要求1一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述离子源防打火装置还包括：PIG板(10)；
其中所述PIG板(10)通过电极支架(11)固定在离子源头部两侧；
所述PIG板(10)为槽钢型结构，并且PIG板(10)的一侧支脚为弧形。
9.根据权利要求8所述一种带有防打火装置的离子源，其特征在于，所述PIG板(10)的数量为2。
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