CN115188648B - 内潘宁源结构、回旋加速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内潘宁源结构、回旋加速器，内潘宁源结构包括：阳极组件、第一阴极、第二阴极。阳极组件为筒体，以使阳极组件的内部形成有放电腔，放电腔的两端具有电子进口，电子进口的宽度小于放电腔的宽度，阳极组件上设有连通放电腔的离子出口；第一阴极位于阳极组件的一端且靠近一电子进口设置；第二阴极位于阳极组件的另一端且靠近另一电子进口设置。根据本发明实施例的内潘宁源结构，通过将电子进口的宽度设置成小于放电腔的宽度，使得内潘宁源结构工作时放电腔内形成有低能量电子区，从而在同等放电腔尺寸和运行条件，大大提高负氢离子的产量，从而降低射频打火频率，在小氢气流量下保证回旋加速器的稳定运行。

Description

内潘宁源结构、回旋加速器

技术领域

本发明涉及离子源技术领域，尤其是涉及一种内潘宁源结构、回旋加速器。

背景技术

离子源是将中性气体或固体物质电离产生特定离子束的器件，作为回旋加速器的核心关键器件其产生的束流强度及其品质直接影响回旋加速器的束流参数和生产效率。一般低能医用回旋加速器使用负氢离子源，相对于质子，负氢离子经过加速并引出回旋加速器时，通过轰击剥离装置，转化为质子束，这样降低了回旋加速器的引出区磁场设计上的难度，同时提高了引出效率。

现有技术方案多为轴向注入的Multi-cusp离子源、ECR源等外源，内源方案相对较少。同等放电腔尺寸的回旋加速器负氢离子产额少，需要将源运行在高参数条件下才能满足回旋加速器的需求。高参数运行条件下，如长时间高弧流运行则会导致阴极的运行寿命缩短，同时还需要通入很高流量的氢气，这不利于回旋加速器的稳定运行，因回旋加速器的真空下降经常会出现射频打火的现象。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种内潘宁源结构，所述内潘宁源结构能在同等放电腔尺寸和运行条件按下，大大提高负氢离子的产量，可以在小氢气流量下保证回旋加速器的稳定运行，从而降低射频打火频率。

根据本发明实施例的内潘宁源结构，所述内潘宁源结构用于回旋加速器，所述内潘宁源结构包括：阳极组件，所述阳极组件为筒体，以使所述阳极组件的内部形成有放电腔，所述放电腔的两端具有电子进口，所述电子进口的宽度小于所述放电腔的宽度，所述阳极组件上设有连通所述放电腔的离子出口；第一阴极，所述第一阴极位于所述阳极组件的一端且靠近一所述电子进口设置；第二阴极，所述第二阴极位于所述阳极组件的另一端且靠近另一所述电子进口设置。

根据本发明实施例的内潘宁源结构，通过将电子进口的宽度设置成小于放电腔的宽度，使得内潘宁源结构工作时放电腔内形成有低能量电子区，从而在同等放电腔尺寸和运行条件，大大提高负氢离子的产量，可以在小氢气流量下保证回旋加速器的稳定运行，从而降低射频打火频率。

在本发明的一些实施例中，所述内潘宁源结构还包括两个环形阻隔部，两个所述环形阻隔部设在所述放电腔内且间隔开设置，所述环形阻隔部的内壁面限定出所述电子进口。

在本发明的一些实施例中，所述环形阻隔部可拆卸地设在所述放电腔内；或者，所述环形阻隔部成型在所述放电腔的内壁上。

在本发明的一些实施例中，所述内潘宁源结构还包括两个环形阻隔部，两个所述环形阻隔部中一者设在所述第二筒体部内且部分遮挡所述放电腔的敞口，另一者设在所述第三筒体部内且部分遮挡所述放电腔的另一敞口。

在本发明的一些实施例中，两个所述环形阻隔部中一者与所述第二筒体部可拆卸相连，另一者与所述第三筒体部可拆卸相连；或者，两个所述环形阻隔部中一者成型在所述第二筒体部的内壁上，另一者成型在所述第三筒体部的内壁上。

在本发明的一些实施例中，所述环形阻隔部的材料至少为铜、钼、铝、不锈钢中的一种。

在本发明的一些实施例中，所述第二筒体部的内腔宽度小于所述放电腔的宽度，所述第三筒体部的内腔宽度小于所述放电腔的宽度，所述第二筒体部、所述第三筒体部与所述放电腔的连通处形成所述电子进口。

在本发明的一些实施例中，所述电子进口和所述放电腔关于同一轴线对称设置，所述电子进口的内壁和所述放电腔的内壁之间的距离为L1，所述离子出口的宽度为L2，其中，L2=L1。

为实现上述目的，根据本发明实施例提出了一种回旋加速器，所述回旋加速器包括内离子源系统，所述内离子源系统包括上述的内潘宁源结构。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例一内潘宁源结构的结构示意图；

图2是本发明实施例二内潘宁源结构的结构示意图；

图3是本发明实施例内潘宁源结构的环形阻隔部的结构示意图；

图4是本发明实施例三内潘宁源结构的结构示意图；

图5是本发明实施例一的内潘宁源结构的剖视图。

附图标记：

100、内潘宁源结构；

10、阳极组件；

10a、放电腔；10a1、扩展间隙区域；

101、电子进口；102、离子出口；

110、第一筒体部；120、第二筒体部；130、第三筒体部；

20、第一阴极；30、第二阴极；40、环形阻隔部；50、等离子体。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的内潘宁源结构100。

如图1-图5所示，根据本发明实施例的内潘宁源结构100，内潘宁源结构100用于回旋加速器，内潘宁源结构100包括：阳极组件10、第一阴极20、第二阴极30。

阳极组件10为筒体，以使阳极组件10的内部形成有放电腔10a，放电腔10a的两端具有电子进口101，电子进口101的宽度小于放电腔10a的宽度，阳极组件10上设有连通放电腔10a的离子出口102；第一阴极20位于阳极组件10的一端且靠近一电子进口101设置；第二阴极30位于阳极组件10的另一端且靠近另一电子进口101设置。

可以理解的是，当内潘宁源结构100开始工作时，放电腔10a内通入工作气体，阳极组件10接地，阳极组件10两端的第一阴极20和第二阴极30接入高压电，使得阴极与阳极之间打火，从而在两端的电子进口101和放电腔10a之间形成等离子体50，由于电子进口101的宽度小于放电腔10a的宽度，使得电子进口101的内侧边缘和放电腔10a的内壁之间形成有扩展间隙区域10a1，扩展间隙区域10a1内形成有低能量电子区，易于形成负氢离子。

需要说明的是，内潘宁源结构100还包括其他构成，其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

根据本发明实施例的内潘宁源结构100，通过将电子进口101的宽度设置成小于放电腔10a的宽度，使得放电腔10a内能形成扩展间隙区域10a1，内潘宁源结构100工作时放电腔10a内形成有低能量电子区，从而在同等放电腔10a尺寸和运行条件，大大提高负氢离子的产量，可以在小氢气流量下保证回旋加速器的稳定运行，从而降低射频打火频率。

如图1、图5所示，在本发明的一些实施例中，阳极组件10包括：第一筒体部110、第二筒体部120、第三筒体部130。放电腔10a和离子出口102设在第一筒体部110上；第二筒体部120设在第一筒体部110的一端并连通第一筒体部110，第一阴极20位于第二筒体部120内；第三筒体部130设在第一筒体部110的另一端并连通第一筒体部110，第二阴极30位于第三筒体部130内。

也就是说，阴极组件包括第一阴极20和第二阴极30，第一阴极20和第二阴极30设在阳极组件10的两端，通过陶瓷绝缘层分别安装在阳极组件10的第二筒体部120和第三筒体部130，当内潘宁源结构100工作时，阳极组件10与阴极组件之间产生等离子体50，当放电腔10a内产出负氢离子时，通过位于第一筒体部110的离子出口102将生成的负氢离子引出，实现对负氢离子的收集，使负氢离子能够源源不断地产生，提高负氢离子的产量。

如图1、图2、图3、图5所示，在本发明的一些实施例中，内潘宁源结构100还包括两个环形阻隔部40，两个环形阻隔部40设在放电腔10a内且间隔开设置，环形阻隔部40的内壁面限定出电子进口101。也就是说，环形阻隔部40沿其径向方向的宽度决定了扩展间隙区域10a1的宽度，环形阻隔部40设在放电腔10a内，在保证扩展间隙区域10a1的宽度的前提下，用料最省，结构更紧凑。

具体地，两个环形阻隔部40卡接在第一筒体部110的放电腔10a内，当内潘宁源结构100工作时，阳极组件10与阴极组件之间产生等离子体50，当等离子体50从阴极组件发出进入放电腔10a时，等离子体50会穿过两个环形阻隔部40，同时，两个环形阻隔部40会对等离子体50超出环形阻隔部40内径的部分进行阻挡，使进入放电腔10a内的等离子体50与放电腔10a的内壁之间形成扩展间隙区域10a1，进而在扩展间隙区域10a1形成低能量电子区，用于产出大量的负氢离子，提高负氢离子的产量。

如图1、图5所示，在本发明的一些实施例中，环形阻隔部40可拆卸地设在放电腔10a内；或者，环形阻隔部40成型在放电腔10a的内壁上。

也就是说，环形阻隔部40可以与阳极组件10的第一筒体部110一体成型，其一体性比较好，结构可靠。环形阻隔部40也可以与第一筒体部110拆卸相连，即环形阻隔部40和第一筒体部110为分体设计，可以降低阳极组件10的制造难度，有利于部件的维修或更换，降低成本。其中，环形阻隔部40的外径等于第一筒体部110的内径，阳极组件10沿高度方向可拆分成两个拱形筒体，此时将两个环形阻隔部40置于第一筒体部110，将两个拱形筒体通过螺钉连接形成完整的阳极组件10，将螺钉紧固，即可将两个环形阻隔部40固定在放电腔10a内，减少了其他安装零件对放电腔10a内等离子体50的影响，提高了负氢离子的产量。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，内潘宁源结构100还包括：两个环形阻隔部40，两个环形阻隔部40中一者设在第二筒体部120内且部分遮挡放电腔10a的敞口，另一者设在第三筒体部130内且部分遮挡放电腔10a的另一敞口。

也就是说，由于第二筒体部120和第三筒体部130的开口均向外，因此方便设置环形阻隔部40，降低了制造难度，而且两个环形阻隔部40中一者与第二筒体部120的接触面比较大，另一者与第三筒体部130的接触面也比较大，因此连接可靠性比较好。两个环形阻隔部40的内径小于第一筒体部110的内径，使阳极组件10和阴极组件之间形成等离子体50与放电腔10a的内壁形成扩展间隙区域10a1，进而在扩展间隙区域10a1形成低能量电子区，产出大量的负氢离子；同时，两个环形阻隔部40的外径大于第一筒体部110的内径，使两个环形阻隔部40能够安装在第一筒体部110的两端，也就是将两个环形阻隔部40分别安装在第二筒体部120和第三筒体部130之内，使内潘宁源结构100在同等放电腔10a尺寸和运行条件，大大提高负氢离子的产量，从而降低射频打火频率，在小氢气流量下保证回旋加速器的稳定运行。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，两个环形阻隔部40中一者与第二筒体部120可拆卸相连，另一者与第三筒体部130可拆卸相连；或者，两个环形阻隔部40中一者成型在第二筒体部120的内壁上，另一者成型在第三筒体部130的内壁上。具体来说，两个环形阻隔部40可以分别与第二筒体部120和第三筒体部130一体成型，这样可以保证整体具有较好的一致性，稳定性比较强。两个环形阻隔部40也可以分别卡接在第二筒体部120和第三筒体部130之内，从而能实现可拆卸，方便维修或更换，具体卡接方式如前文所述，这里不再重复叙述。

也就是说，通过设置两个环形阻隔部40，使得放电腔10a内形成有扩展间隙区域10a1，在扩展间隙区域10a1内会形成低能量电子区，在低能量电子区能够产生大量的负氢离子，大幅度提高了内潘宁源结构100的负氢离子产量。

在本发明的一些实施例中，环形阻隔部40的材料至少为铜、钼、铝、不锈钢中的一种。也就是说，环形阻隔部40为导电材料，既能够对等离子体50产生阻隔作用同时不会影响阳极组件10和阴极组件之间的等离子体50的产生。具体地，环形阻隔部40可以是铜环、钼环或不锈钢环。

如图4所示，在本发明的一些实施例中，第二筒体部120的内腔宽度小于放电腔10a的宽度，第三筒体部130的内腔宽度小于放电腔10a的宽度，第二筒体部120、第三筒体部130与放电腔10a的连通处形成电子进口101。也就是说，通过直径大小不同的第二筒体部120、第三筒体部130和第一筒体110，在彼此的连接处形成电子进口101，采用这种方式借助结构自身在放电腔10a内形成扩展间隙区域10a1，可以减少部件数量，降低成本和装配难度。

具体地，第二筒体部120和第三筒体部130的内径小于第一筒体部110的内径，当内潘宁源结构100工作时，阳极组件10和阴极组件之间产生的等离子体50的直径也小于第一筒体部110的内径。也就是说，当将第二筒体部120和第三筒体部130的内径设置为小于第一筒体部110的内径时，放电腔10a内形成有扩展间隙区域10a1，扩展间隙区域10a1内会形成低能量电子区，进而产出大量的负氢离子，最终提高内潘宁源结构100的氢离子产量。

在本发明的一些实施例中，电子进口101和放电腔10a关于同一轴线对称设置，电子进口101的内壁和放电腔10a的内壁之间的距离为L1，离子出口102的宽度为L2，其中，L2=L1。也就是说，扩展间隙区域10a1的宽度和离子出口102的宽度相等，这样就有利于对产生的大量负氢离子进行收集。

下面结合附图，描述本发明内潘宁源结构100的具体实施例。

实施例一

如图1和图5所示，内潘宁源结构100包括：阳极组件10、第一阴极20、第二阴极30。

阳极组件10为筒体，以使阳极组件10的内部形成有放电腔10a，放电腔10a的两端具有电子进口101，电子进口101的宽度小于放电腔10a的宽度，阳极组件10上设有连通放电腔10a的离子出口102。

阳极组件10包括：第一筒体部110、第二筒体部120、第三筒体部130。放电腔10a和离子出口102设在第一筒体部110上；第二筒体部120设在第一筒体部110的一端并连通第一筒体部110，第一阴极20位于第二筒体部120内；第三筒体部130设在第一筒体部110的另一端并连通第一筒体部110，第二阴极30位于第三筒体部130内。

内潘宁源结构100还包括两个环形阻隔部40，两个环形阻隔部40设在放电腔10a内且间隔开设置，环形阻隔部40的内壁面限定出电子进口101。其中，环形阻隔部40为铜环。

第一阴极20位于阳极组件10的一端且靠近一电子进口101设置。

第二阴极30位于阳极组件10的另一端且靠近另一电子进口101设置。

实施例二

如图2所示，实施例二中内潘宁源结构100的结构和实施例一中内潘宁源结构100的结构大体相同，相同的部分这里不再赘述，所不同的是：两个环形阻隔部40中一者设在第二筒体部120内且部分遮挡放电腔10a的敞口，另一者设在第三筒体部130内且部分遮挡放电腔10a的另一敞口。其中，环形阻隔部40为铜环。

实施例三

如图4所示，实施例三中内潘宁源结构100的结构和实施例一中内潘宁源结构100的结构大体相同，相同的部分这里不再赘述，所不同的是：第二筒体部120的内腔宽度小于放电腔10a的宽度，第三筒体部130的内腔宽度小于放电腔10a的宽度，第二筒体部120、第三筒体部130与放电腔10a的连通处形成电子进口101。

据本发明的回旋加速器，包括内离子源系统，内离子源系统包括前文的内潘宁源结构100。

需要说明的是，回旋加速器还包括超导磁体系统、高频系统、引出系统和辅助系统，超导磁体系统能提供质子能量加速过程中的背景约束磁场和聚焦磁场。内离子源系统安装在回旋加速器中心区域，为回旋加速器提供被加速的粒子，产生离子束。高频系统为回旋加速器提供加速能量，离子束在磁场作用下进行回旋运动并被高频系统加速。引出系统是与注入相反的过程中，把已经达到充分加速的束流，尽可能高的效率从回旋加速器中引出来。辅助系统则包括多个方面，主要有真空系统、水冷系统、电源系统、支撑和举升系统等。回旋加速器的上述构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

根据本发明实施例的回旋加速器，通过在内潘宁源结构100内将电子进口101的宽度设置成小于放电腔10a的宽度，使得内潘宁源结构100工作时放电腔10a内形成有低能量电子区，从而在同等放电腔10a尺寸和运行条件，大大提高负氢离子的产量，可以在小氢气流量下保证回旋加速器的稳定运行，从而降低射频打火频率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种内潘宁源结构，其特征在于，所述内潘宁源结构用于回旋加速器，所述内潘宁源结构包括：

阳极组件，所述阳极组件为筒体，以使所述阳极组件的内部形成有放电腔，所述放电腔的两端具有电子进口，所述电子进口和所述放电腔关于同一轴线对称设置，所述电子进口的宽度小于所述放电腔的宽度，所述阳极组件上设有连通所述放电腔的离子出口，所述电子进口的内壁和所述放电腔的内壁之间的距离为L1，所述离子出口的宽度为L2，其中，L2=L1；

第一阴极，所述第一阴极位于所述阳极组件的一端且靠近一所述电子进口设置；

第二阴极，所述第二阴极位于所述阳极组件的另一端且靠近另一所述电子进口设置。

2.根据权利要求1所述的内潘宁源结构，其特征在于，所述阳极组件包括：

第一筒体部，所述放电腔和所述离子出口设在所述第一筒体部上；

第二筒体部，所述第二筒体部设在所述第一筒体部的一端并连通所述第一筒体部，所述第一阴极位于所述第二筒体部内；

第三筒体部，所述第三筒体部设在所述第一筒体部的另一端并连通所述第一筒体部，所述第二阴极位于所述第三筒体部内。

3.根据权利要求2所述的内潘宁源结构，其特征在于，还包括：

两个环形阻隔部，两个所述环形阻隔部设在所述放电腔内且间隔开设置，所述环形阻隔部的内壁面限定出所述电子进口。

4.根据权利要求3所述的内潘宁源结构，其特征在于，所述环形阻隔部可拆卸地设在所述放电腔内；或者，所述环形阻隔部成型在所述放电腔的内壁上。

5.根据权利要求2所述的内潘宁源结构，其特征在于，还包括：

两个环形阻隔部，两个所述环形阻隔部中一者设在所述第二筒体部内且部分遮挡所述放电腔的敞口，另一者设在所述第三筒体部内且部分遮挡所述放电腔的另一敞口。

6.根据权利要求5所述的内潘宁源结构，其特征在于，两个所述环形阻隔部中一者与所述第二筒体部可拆卸相连，另一者与所述第三筒体部可拆卸相连；

或者，两个所述环形阻隔部中一者成型在所述第二筒体部的内壁上，另一者成型在所述第三筒体部的内壁上。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的内潘宁源结构，其特征在于，所述环形阻隔部的材料至少为铜、钼、铝、不锈钢中的一种。

8.根据权利要求2所述的内潘宁源结构，其特征在于，所述第二筒体部的内腔宽度小于所述放电腔的宽度，所述第三筒体部的内腔宽度小于所述放电腔的宽度，所述第二筒体部、所述第三筒体部与所述放电腔的连通处形成所述电子进口。

9.一种回旋加速器，其特征在于，包括：内离子源系统，所述内离子源系统包括权利要求1至8中任一项所述的内潘宁源结构。

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