CN110891359A - 用于减轻离子源供气管路打火的装置与离子源氢气管路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于减轻离子源供气管路打火的装置与离子源氢气管路，装置包括浮栅电极头及接地极座。浮栅电极头具有开设有气孔的腔壁，腔壁上设置有若干个紧密排列的浮栅电极柱;接地极座具有开设有气孔的接地面，经由管路绝缘壳结合接地极座与浮栅电极头，使浮栅电极柱容纳于由管路绝缘壳、接地面与腔壁构成的腔室中，且浮栅电极柱的悬浮端部与接地极座的接地面之间形成有促使打火的间隙距离，以预先释放掉所述第一气体管路中的集聚电荷。本发明具有针对离子源设备附加装置防止在后端管路打火放电的效果。
Description
技术领域
本发明涉及离子源设备附加装置的技术领域，尤其是涉及一种用于减轻离子源供气管路打火的装置与离子源氢气管路。
背景技术
离子的应用对于人类生活越来越重要，在治疗、生物调理、镀膜、植入式膜层改质、静电消除等的应用中都需要对应类型的离子加速器用于发射例如质子等离子束，离子加速器的核心器件是离子源设备，以高电压引出粒子流。通常离子源设备中会集聚大量电荷产生打火现象，打火会沿着供气管路伤害离子源设备连接的附加装置甚至伤害到离子源设备连接的其它系统设备，造成附加装置或系统设备的损害并降低离子源的使用效率。
在一个具体的产业应用中，例如，治疗与生物调理中经常使用的离子源设备是使用负氢离子源，为了产生负氢粒子束流，需要给负氢离子源提供氢气和高压，负氢粒子相较于其他离子质量更轻且带负电，连接负氢离子源的氢气提供管路内便会更加容易地集聚大量电荷，有更大几率在氢气提供管路内产生打火现象进而损害离子源设备连接的附加装置或其它系统设备。
中国专利申请公布号CN106683970A公开了一种用于连续沉积绝缘材料的防打火直流离子源，包括离子光学组件，所述离子光学组件包括依次布置且栅孔彼此对准的屏栅、加速栅和防打火栅，屏栅上施加正电压，所述加速栅上施加负电压，防打火栅接地。其设置目的主要是为了防止打火现象会出现在离子源内部设备的栅网表面。
同申请人在中国专利授权公告号CN106422776B公开了一种用于同位素电磁分离器的离子源的聚焦电极，离子源的引出电极包括引出缝电极和接地电极，引出缝电极靠近弧放电室；聚焦电极设置在引出缝电极、接地电极之间，并包括支撑板和设置在支撑板上的缝口面板，缝口面板设置有用于引出离子束的引出缝，缝口面板采用高纯石墨制作，以减少暗电流与降低打火频率。其设置目的主要是为了防止打火现象会出现在离子源内部设备中同位素电磁分离器的离子源的聚焦电极。
发明内容
本发明的其中一目的是提供一种用于减轻离子源供气管路打火的装置，用以解决离子源供气管路内打火导致离子源设备的附加装置或其连接的系统设备损害并降低离子源的使用效率的问题。
本发明的另一目的是提供一种离子源氢气管路，用以实现释放供气管路内累积电荷即使供气管路内打火也不损害设备的问题。
本发明的其中一发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
提出一种用于减轻离子源供气管路打火的装置，包括浮栅电极头及接地极座。所述浮栅电极头具有腔壁，所述腔壁开设有第一气孔，用以连通第一气体管路，所述浮栅电极头的所述腔壁上设置有若干个紧密排列的浮栅电极柱; 所述接地极座具有接地面，所述接地面开设有第二气孔，用以连通第二气体管路，并且所述接地极座与所述浮栅电极头之间设置有管路绝缘壳。其中，经由所述管路绝缘壳结合所述接地极座与所述浮栅电极头，使所述浮栅电极柱容纳于由所述管路绝缘壳、所述接地面与所述腔壁构成的腔室中，所述管路绝缘壳在所述接地面上管长度方向的深度微幅大于所述浮栅电极柱在所述腔壁上的高度，以致使在所述浮栅电极柱的悬浮端部与所述接地极座的接地面之间形成有促使打火的间隙距离，以预先释放掉所述第一气体管路中的集聚电荷。
通过采用上述技术方案，利用管路与管路之间的腔室设计，在浮栅电极柱的悬浮端部与接地极座的接地面之间形成有促使打火的间隙距离，预先释放掉气体管路中的集聚电荷在所述装置的腔室中,改变打火位置在无损害或损害减轻的可控程度。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二气体管路为不直接电连接所述接地面的接地连接。
可以通过采用上述优选技术方案，利用第二气体管路为不直接电连接接地面的接地连接,使得第二气体管路具有释放残留电荷的效果且与接地极座互不干涉。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述浮栅电极柱的悬浮端部与所述接地极座的接地面之间形成的间隙距离小于所述第二气体管路的管内径。
通过采用上述技术方案，利用悬浮端部与接地面之间形成的间隙距离小于气体管路的管内径，以使装置内腔室相比于气体管路具有更高的打火优先选择。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述浮栅电极柱的间隙大于在所述浮栅电极柱的悬浮端部与所述接地极座的接地面之间形成的间隙距离且小于所述第一气体管路的管内径。
通过采用上述技术方案，利用浮栅电极柱的间隙配置方式，有利打火前电荷累积在浮栅电极柱的底部与柱间隙,并且扩大浮栅电极柱与接地面的电位差。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述浮栅电极柱在所述腔壁上配置为等间距的四方矩阵排列或六方矩阵排列。
通过采用上述技术方案，利用浮栅电极柱的矩阵排列,在腔壁上能够设置更多的浮栅电极柱，诱使浮栅电极柱在悬浮端部的可控打火发生。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述浮栅电极柱为半浮栅连接或无连接外部电源。
通过采用上述技术方案，利用浮栅电极柱为半浮栅连接或无连接外部电源，使浮栅电极柱的电位由腔室内累积电荷量调整或决定，达到离子加速过程没有额外管理成本的打火问题优化。
本发明在结合上述任一技术方案的一较佳示例中可以进一步配置为：所述腔壁与所述浮栅电极柱导电连接而具有相同电位。
通过采用上述技术方案，利用腔壁与浮栅电极柱导电连接，以增加腔室内电荷累积的接触面积，以进一步扩大浮栅电极柱与接地面的电位差。
本发明在一较佳示例的一个实施形态中可以进一步配置为：所述第一气孔位于邻近所述腔壁的第一角隅，所述第二气孔位于邻近所述接地面的第二角隅，所述第一角隅与所述第二角隅相互偏离。
通过采用上述技术方案，利用第一气孔与第二气孔的位置偏移设计，增加带电粒子或电荷在腔室内的流动路径，有利于电荷中和在腔室内。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一气体管路连接至负氢离子源设备。
通过采用上述技术方案，利用第一气体管路连接至负氢离子源设备，负氢离子累积于浮栅电极柱的结合底部，打火于浮栅电极柱的悬浮端部优先发生于在第二气体管路中，负氢离子的电荷不会残留在第二气体管路中。
本发明的另一发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
提出一种离子源氢气管路，包括如上所述任一个技术方案用于减轻离子源供气管路打火的装置。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.主要是针对离子源设备以外的附加装置或其连接系统设备进行优化，浮栅电极头与接地极座在管路中的组合，提供促使打火的腔室，以消除供气管路内集聚电荷，避免了离子源供气管路内打火导致附加装置或系统设备的损害进而影响离子源的使用效率降低；
2.利用浮栅电极头的腔壁和浮栅电极柱，本装置在设备中不需要额外供电和维护即能达到防止打火损害的效果，本装置的结构相对简单能够不需要装设电气装置或控制电路，使用于供气管路时管理上亦相对方便。
附图说明
图1绘示本发明一较佳实施例的用于减轻离子源供气管路打火的装置在第一视角的立体结构爆炸示意图;
图2绘示本发明一较佳实施例的用于减轻离子源供气管路打火的装置在第二视角的立体结构爆炸示意图;
图3绘示本发明一较佳实施例的浮栅电极头的腔壁上浮栅电极柱一种排列方式的示意图;
图4绘示本发明另一较佳实施例的浮栅电极头的腔壁上浮栅电极柱另一种排列方式的示意图。
附图标记: 10、浮栅电极头;11、腔壁;12、第一气孔;13、浮栅电极柱;14、悬浮端部; 20、接地极座; 21、接地面;22、第二气孔; 31、第一气体管路; 32、第二气体管路; 40、管路绝缘壳; 51、第一角隅; 52、第二角隅。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
为了更方便理解本发明的技术方案,以下将本发明的用于减轻离子源供气管路打火的装置与离子源氢气管路做进一步详细描述，但不作为本发明限定的保护范围。
参照图1与图2，为本发明一个或一个以上实施例提供的一种用于减轻离子源供气管路打火的装置，包括:浮栅电极头10及接地极座20。图1绘示第一较佳实施例的装置在第一视角的立体结构爆炸示意图。图2绘示第一较佳实施例的装置在第二视角的立体结构爆炸示意图。
所述浮栅电极头10具有腔壁11，所述腔壁11开设有第一气孔12，用以连通第一气体管路31，所述浮栅电极头10的所述腔壁11上设置有若干个紧密排列的浮栅电极柱13。
所述接地极座20具有接地面21，所述接地面21开设有第二气孔22，用以连通第二气体管路32，并且所述接地极座20与所述浮栅电极头10之间设置有管路绝缘壳40;一具体示例中，制造时管路绝缘壳40可以由所述接地极座20的所述接地面21延伸而出，另一具体示例中，管路绝缘壳40可以是独立构件，分别能达到制作或组装中不影响浮栅电极柱13的高度与间隔。
其中，经由所述管路绝缘壳40结合所述接地极座20与所述浮栅电极头10，使所述浮栅电极柱13容纳于由所述管路绝缘壳40、所述接地面21与所述腔壁11构成的腔室中，所述管路绝缘壳40在所述接地面21上管长度方向的深度微幅大于所述浮栅电极柱13在所述腔壁11上的高度，以致使在所述浮栅电极柱13的悬浮端部14与所述接地极座20的接地面21之间形成有促使打火的间隙距离，以预先释放掉所述第一气体管路31中的集聚电荷。
本实施例的实施原理为：累积在浮栅电极柱13的底部与柱间隙的电荷量改变了浮栅电极柱13的电位，当浮栅电极柱13的悬浮端部14的电位与接地极座20的接地面21的电位达到放电程度,累积电荷将释放到接地面21,而不会在管路内的任意位置产生不可控的打火现象。
通过采用上述基础技术方案，利用管路与管路之间的腔室设计，在浮栅电极柱13的悬浮端部14与接地极座20的接地面21之间形成有促使打火的间隙距离，预先释放掉气体管路中的集聚电荷在所述装置的腔室中,改变打火位置在无损害或损害减轻的可控程度，用以解决离子源供气管路内打火导致离子源设备的附加装置或其连接的系统设备损害并降低离子源的使用效率的问题。离子源设备的附加装置具体可以是供气管路，离子源设备连接的其它系统设备具体可以是加速器的粒子输运系统设备、主磁铁设备、高频系统设备、真空系统设备或各种辅助系统设备。
关于前述悬浮端部14与接地面21的间隙距离,在第一具体示例中，在所述浮栅电极柱13的悬浮端部14与所述接地极座20的接地面21之间可形成的间隙距离小于所述第二气体管路32的管内径。利用悬浮端部14与接地面21之间形成的间隙距离小于气体管路的管内径，以使装置内腔室相比于气体管路具有更高的打火优先选择。具体地，所述间隙距离是在1.0厘米(cm)以下，具体可介于0.1~0.8厘米。浮栅电极柱13具体是具有圆形截面的长条状柱的形状。
关于浮栅电极柱13间的间隙关系，在第二具体示例中，所述浮栅电极柱13的间隙可大于在所述浮栅电极柱13的悬浮端部14与所述接地极座20的接地面21之间形成的间隙距离且小于所述第一气体管路31的管内径。因此，利用浮栅电极柱13的间隙配置方式，有利打火前电荷累积在浮栅电极柱13的底部与柱间隙,并且扩大浮栅电极柱13与接地面21的电位差。
关于浮栅电极柱13的排列方式，图3绘示该装置浮栅电极柱13在腔壁11上的第一种排列方式。图4绘示第二较佳实施例的装置的浮栅电极柱13在腔壁11上的第二种排列方式。为了达成电极柱的密集排列，参照图3，在第三具体示例中，所述浮栅电极柱13在所述腔壁11上可以配置为等间距的四方矩阵排列，腔壁11可以划分出多个紧密排列的正四方形区域，在一个正四方形中位于中心点的一个浮栅电极柱13在其四个角隅设置有四个相同间隔的相邻电极柱。参照图4，在第四具体示例中，所述浮栅电极柱13在所述腔壁11上可以配置为等间距的六方矩阵排列，腔壁11可以划分出多个紧密排列的正六角形区域，在一个正六角形中位于中心点的一个浮栅电极柱13在其六个角隅设置有六个相同间隔的相邻电极柱。因此，利用浮栅电极柱13的矩阵排列,在腔壁11上能够设置更多的浮栅电极柱13，诱使浮栅电极柱13在悬浮端部14的可控打火发生。另外，浮栅电极柱13的排列密集度通常是控制相邻浮栅电极柱13的间隙在浮栅电极柱13的直径或长度的五倍以内，优选是将浮栅电极柱13的间隙控制在其直径或长度1至3倍间。
关于浮栅电极柱13间的电连接关系，在第五具体示例中，所述浮栅电极柱13可为半浮栅连接或无连接外部电源。因此，利用浮栅电极柱13为半浮栅连接或无连接外部电源，使浮栅电极柱13的电位由腔室内累积电荷量调整或决定，达到离子加速过程没有额外管理成本的打火问题优化。上述的半浮栅连接是将所述浮栅电极头10电连接到电压控制装置，可以间隙式提供电压，不直接给予持续的电源，以可调整方式扩大浮栅电极柱13与接地面21的电位差，诱使浮栅电极柱13的悬浮端部14向所述接地极座20的接地面21的打火放电。当多个装置中悬浮端部14与接地面21之间形成的间隙距离存在制作误差时，可以利用这种参数调整方式达到装置性能的一致。
关于第二气体管路32的外部电连接形态，第二气体管路32的管内壁除了可以是导电性，也可以非导电性。当第二气体管路32的管内壁为导电性，与接地极座20的接地面21之间为电隔离为较佳方案。在第七具体示例中，所述第二气体管路32可为不直接电连接所述接地面21的接地连接;即第二气体管路32与接地极座20是使用不同导线个别的接地连接。利用第二气体管路32为不直接电连接接地面21的接地连接,使得第二气体管路32具有释放残留电荷的效果且与接地极座20互不干涉。
关于浮栅电极柱13与腔壁11的电位关系，本发明在结合上述任一具体示例技术方案的一较佳结构中，所述腔壁11可与所述浮栅电极柱13导电连接而具有相同电位。因此，利用腔壁11与浮栅电极柱13导电连接，以增加腔室内电荷累积的接触面积，以进一步扩大浮栅电极柱13与接地面21的电位差。
关于第一气孔12与第二气孔22的位置开设关系，在前述较佳结构的一个实施形态中，所述第一气孔12可位于邻近所述腔壁11的第一角隅51，所述第二气孔22可位于邻近所述接地面21的第二角隅52，所述第一角隅51与所述第二角隅52相互偏离。因此，利用第一气孔12与第二气孔22的位置偏移设计，增加带电粒子或电荷在腔室内的流动路径，有利于电荷中和在腔室内。
特别注意的是，第一气体管路31可连接的加速器离子源设备的种类不受限制，甚至基于离子带正负电应用场合的不同，也可以反接,使第二气体管路32连接至加速器离子源设备。通常第一气体管路31的电荷数是多于第二气体管路32的电荷数,换言之,第二气体管路32内的电平衡是优于第一气体管路31。关于第一气体管路31的一种具体连接关系，在第八具体示例中，所述第一气体管路31可连接至负氢离子源设备。因此，利用第一气体管路31连接至负氢离子源设备，负氢离子累积于浮栅电极柱13的结合底部，打火于浮栅电极柱13的悬浮端部14优先发生于在第二气体管路32中，负氢离子的电荷不会残留在第二气体管路32中。
此外，本发明另一实施例还提出一种离子源氢气管路，包括上述任一技术方案的用于减轻离子源供气管路打火的装置，用以实现释放供气管路内累积电荷即使供气管路内打火也不损害设备的问题。在离子加速过程进行离子化的供气时，例如氢气的气源可以通过第一气体管路31流过浮栅电极头10和接地极座20，氢气中可能含有的负氢离子携带的电荷将会被相距很近的浮栅电极柱13释放到接地极座20。
在实际使用于离子加速器的离子源氢气管路时，前述用于减轻离子源供气管路打火的装置具体可以安装在连接负氢离子源的氢气管路中间段，将该装置的接地极座20引出接地一端连接到接地点即可使用，并且该装置结构简单，成本低廉，易于制造。使用时，离子源能长期稳定运行，满足人们对离子源的需求。
本具体实施方式的实施例均作为方便理解或实施本发明技术方案的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应被涵盖于本发明的请求保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，包括:
浮栅电极头(10)，具有腔壁(11)，所述腔壁(11)开设有第一气孔(12)，用以连通第一气体管路(31)，所述浮栅电极头(10)的所述腔壁(11)上设置有若干个紧密排列的浮栅电极柱(13);及，
接地极座(20)，具有接地面(21)，所述接地面(21)开设有第二气孔(22)，用以连通第二气体管路(32)，并且所述接地极座(20)与所述浮栅电极头(10)之间设置有管路绝缘壳(40);
其中，经由所述管路绝缘壳(40)结合所述接地极座(20)与所述浮栅电极头(10)，使所述浮栅电极柱(13)容纳于由所述管路绝缘壳(40)、所述接地面(21)与所述腔壁(11)构成的腔室中，所述管路绝缘壳(40)在所述接地面(21)上管长度方向的深度微幅大于所述浮栅电极柱(13)在所述腔壁(11)上的高度，以致使在所述浮栅电极柱(13)的悬浮端部(14)与所述接地极座(20)的接地面(21)之间形成有促使打火的间隙距离，以预先释放掉所述第一气体管路(31)中的集聚电荷。
2.根据权利要求1所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，所述第二气体管路(32)为不直接电连接所述接地面(21)的接地连接。
3.根据权利要求1所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，在所述浮栅电极柱(13)的悬浮端部(14)与所述接地极座(20)的接地面(21)之间形成的间隙距离小于所述第二气体管路(32)的管内径。
4.根据权利要求1所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，所述浮栅电极柱(13)的间隙大于在所述浮栅电极柱(13)的悬浮端部(14)与所述接地极座(20)的接地面(21)之间形成的间隙距离且小于所述第一气体管路(31)的管内径。
5.根据权利要求1所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，所述浮栅电极柱(13)在所述腔壁(11)上配置为等间距的四方矩阵排列或六方矩阵排列。
6.根据权利要求1所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，所述浮栅电极柱(13)为半浮栅连接或无连接外部电源。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，所述腔壁(11)与所述浮栅电极柱(13)导电连接而具有相同电位。
8.根据权利要求7所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置，其特征在于，所述第一气孔(12)位于邻近所述腔壁(11)的第一角隅(51)，所述第二气孔(22)位于邻近所述接地面(21)的第二角隅(52)，所述第一角隅(51)与所述第二角隅(52)相互偏离。
9.一种离子源氢气管路，其特征在于，包括一种如权利要求1-8中任一项所述的用于减轻离子源供气管路打火的装置。
10.根据权利要求9所述的离子源氢气管路，其特征在于，所述第一气体管路(31)连接至负氢离子源设备。
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