CN113301706A - 一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置 - Google Patents

一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，属于质子源应用技术领域，其包括依次绝缘连接的放电室、高压电极和束流传输管道，放电室设置有进气接口，进气接口位于远离高压电极的一侧，放电室外侧套设有可产生轴向磁场且依次交替布置的永磁体和线圈，束流传输管道远离高压电极的一侧设有与加速器连接的加速器接口。本发明中的回旋加速器主机系统提供真空环境，通过进气接口冲入氢气，利用线圈通射频电流感应电场激发氢气放电产生等离子体，通过高压电极引出产生质子束流，为回旋加速器提供质子束。

Description

一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置
技术领域
本发明属于质子源应用技术领域，具体涉及一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置。
背景技术
射频放电产生等离子体装置原理主要是感应电场加速电子碰撞气体电离而形成放电，当射频电流通过线圈后，由线圈感性电磁场效应，感应产生环向电场，电子在环向电场作用下获得能量，进而碰撞气体使得气体电离，在放电室内形成等离子体，在磁体的形成的轴向磁场作用下，等离子体被约束而减小损失，进而在加速电极作用下，质子被引出加速形成质子束通过束流通道。
现有技术中的射频放电产生等离子体装置存在以下问题：放电室的空间尺寸大，放电效率低，等离子体的损失大，运行寿命短。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采取了如下技术方案：
一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，包括依次绝缘连接的放电室、高压电极和束流传输管道，所述放电室设置有进气接口，所述进气接口位于远离所述高压电极的一侧，所述放电室外侧套设有可产生轴向磁场且依次交替布置的永磁体和线圈，所述束流传输管道远离所述高压电极的一侧设有与加速器连接的加速器接口。
进一步地，所述永磁体为5组，所述线圈为4组，所述线圈设置在相邻的2组所述永磁体之间。
进一步地，相邻的2组所述永磁体的N极相对设置。
进一步地，所述放电室具有第一绝缘法兰，所述束流传输管道具有第二绝缘法兰，所述高压电极的两端分别与第一绝缘法兰和第二绝缘法兰连接。
进一步地，所述第一绝缘法兰和第二绝缘法兰由聚酰亚胺材料制成。
进一步地，所述放电室和所述束流传输管道均为圆柱空心结构。
进一步地，所述高压电极为单电极设置。
进一步地，所述放电室采用石英材料制成，所述线圈采用铜材料构成，所述线圈为中空结构，并通过去离子水进行冷却；所述永磁体采用钐钴磁体制成。
进一步地，所述束流传输管道和所述加速器接口由不锈钢材料制成。
进一步地，所述放电室远离所述高压电极的一侧安装有盖板，所述进气接口设置在所述盖板上；所述进气接口和盖板均为铝材料制成。
本发明有益效果：
本发明中的回旋加速器主机系统提供真空环境，通过进气接口冲入氢气，利用线圈通射频电流感应电场激发氢气放电产生等离子体，通过高压电极引出产生质子束流，为回旋加速器提供质子束。
此外，本发明将线圈和永磁体有规律的间隔排布设计，永磁体的磁感应强度方向方向为轴向，减小了放电室的空间尺寸，提高了放电效率，减少了等离子体的损失，有助于产生强流质子束；同时，高压电极采用单电极，避免了高压打火现象的产生，提高了装置的运行稳定性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
其中，1、放电室；2、线圈；3、永磁体；4、第一绝缘法兰；5、第二绝缘法兰；6、高压电极；7、束流传输管道；8、加速器接口；9、进气接口；10、盖板。
具体实施方式
实施例1
一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置(如图1所示)，包括依次绝缘连接的放电室1、高压电极6和束流传输管道7，放电室1设置有进气接口9，进气接口9位于远离高压电极6的一侧，放电室1外侧套设有可产生轴向磁场且依次交替布置的永磁体3和线圈2，束流传输管道7远离高压电极6的一侧设有与加速器连接的加速器接口8。
在本实施例中，永磁体3为5组，线圈2为4组，线圈2设置在相邻的2组永磁体3之间，磁感应强度方向为轴向，磁位形可以有效约束等离子体。其中，相邻的2组永磁体3的N极相对设置，也就是在5组永磁体3位于放电室1其中一侧的磁极布置方案为：N-S-N-S-N。
在本实施例中，放电室1具有第一绝缘法兰4，束流传输管道7具有第二绝缘法兰5，高压电极6的两端分别与第一绝缘法兰4和第二绝缘法兰5连接。其中，第一绝缘法兰4和第二绝缘法兰5由聚酰亚胺材料制成。
在本实施例中，放电室1和束流传输管道7均为圆柱空心结构；高压电极6为单电极设置。
其中，放电室1采用石英材料制成的空心圆柱体腔体，作为氢气放电等离子体产生区域；在本实施例中，线圈2为4组，中空结构，采用铜材料构成，可以满足冷却水通路的要求，通过去离子水进行冷却；线圈2的截面为圆形，通电电流的大小可以调节；永磁体3采用钐钴磁体制成。束流传输管道7和加速器接口8由不锈钢材料制成。
其中，加速器接口8为法兰型，与束流传输管道7连接。
放电室1远离高压电极6的一侧安装有盖板10，进气接口9设置在盖板10的中心位置；其中，进气接口9和盖板10均为铝材料制成；以上设置可以提高氢气放电效率。
本实施例提供的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，采用射频功率馈入方式，结合射频电磁场和永磁体形成的轴向磁场，与一般的回旋加速器用质子源不同，装置更简单、放电效率更高、质子流强更强，有助于延长装置的使用寿命。
本实施例提供的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置工作时，只需要将加速器接口8与回旋加速器主机系统连接，利用主机真空系统抽真空，达到装置工作条件。从进气接口9泵入恒定适量高纯氢气；线圈2通一定功率强度的射频电流，可产生氢气放电的等离子体；给高压电极6加载一定大小的负高电压，即可引出一定流强的质子束流。
该装置不同于一般的回旋加速器用质子源装置，采用射频电磁场和永磁体形成的轴向磁场结合的方式，产生和约束等离子体，使得气体放电效率高、约束性能好、损失少，装置结构简单、安装维护简易。通过弹性调节射频功率和加载负高压大小就可以调节质子束流大小。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，包括依次绝缘连接的放电室(1)、高压电极(6)和束流传输管道(7)，所述放电室(1)设置有进气接口(9)，所述进气接口(9)位于远离所述高压电极(6)的一侧，所述放电室(1)外侧套设有可产生轴向磁场且依次交替布置的永磁体(3)和线圈(2)，所述束流传输管道(7)远离所述高压电极(6)的一侧设有与加速器连接的加速器接口(8)。
2.根据权利要求1所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述永磁体为5组，所述线圈为4组，所述线圈设置在相邻的2组所述永磁体之间。
3.根据权利要求1所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，相邻的2组所述永磁体的N极相对设置。
4.根据权利要求1所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述放电室(1)具有第一绝缘法兰(4)，所述束流传输管道(7)具有第二绝缘法兰(5)，所述高压电极(6)的两端分别与第一绝缘法兰(4)和第二绝缘法兰(5)连接。
5.根据权利要求4所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述第一绝缘法兰(4)和第二绝缘法兰(5)由聚酰亚胺材料制成。
6.根据权利要求5所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述放电室(1)和所述束流传输管道(7)均为圆柱空心结构。
7.根据权利要求1所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述高压电极(6)为单电极设置。
8.根据权利要求1所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述放电室(1)采用石英材料制成，所述线圈(2)采用铜材料构成，所述线圈(2)为中空结构，并通过去离子水进行冷却；所述永磁体(3)采用钐钴磁体制成。
9.根据权利要求1所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述束流传输管道(7)和所述加速器接口(8)由不锈钢材料制成。
10.根据权利要求1所述的回旋加速器用外置简易型射频放电强流质子源装置，其特征在于，所述放电室(1)远离所述高压电极(6)的一侧安装有盖板(10)，所述进气接口(9)设置在所述盖板(10)上；所述进气接口(9)和盖板(10)均为铝材料制成。
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