CN212010897U - 微型潘宁离子源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微型潘宁离子源，属于超导回旋加速器领域，其技术方案要点是包括阳极筒、分设于阳极筒两端的阴极以及将阴极和阳极筒包覆的外壳；相对设置的阴极的端面上均设有若干团簇状凸起；至少一阴极端部处的外壳上开设有将阳极筒与外界连通的氢气通道，阳极筒的中间位置处开设有引出缝。本实用新型达到了能够使一次电子发射量的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及超导回旋加速器领域，更具体的说，它涉及一种微型潘宁离子源。
背景技术
目前回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器，其中超导等时性回旋加速器(超导回旋加速器的一个分支)是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。
现有的一般通过潘宁离子源产生等离子体，氢气通过阳极筒一侧的氢气通道进入到阳极筒内，阳极筒与阴极之间加载上千伏的电压，通过电子与中性气体分子的碰撞，形成大量的等离子体。
因此，一次电子发射数量的多少与阴极的结构是密不可分的。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种微型潘宁离子源，其通过增大阴极端面表面积使得一次电子发射数量大幅提高。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种微型潘宁离子源，包括阳极筒、分设于阳极筒两端的阴极以及将阴极和阳极筒包覆的外壳；相对设置的阴极的端面上均设有若干团簇状凸起；至少一阴极端部处的外壳上开设有将阳极筒与外界连通的氢气通道，阳极筒的中间位置处开设有引出缝。
通过采用上述技术方案，氢气通过氢气通道进入到阳极筒的两端后进行电离，电子在阳极筒内呈螺旋线运动，电子运动过程中，电子与阳极筒中的中性气体分子碰撞，从而形成大量的等离子体，等离子体从引出缝引出形成粒子流束；由于在阴极表面形成的团簇型凸起结构，增加阴极表面积大于10倍，改变阴极发射系数，增加电子发射量，从而增加了电子发射密度。
较佳的：阴极上套设有绝缘材料制成的外罩，阴极的端部与外罩内侧壁之间留有容纳氢气的空间。
通过采用上述技术方案，绝缘材料制成的外罩能够使得阴极与外壳之间绝缘，并使阴极与阳极筒之间绝缘，从而使得等离子体能够正常产生。
较佳的：外罩包括呈横置的桶状的石英玻璃外罩，两个阴极分设于外罩的两端处且阴极与外罩同轴线设置，团簇状凸起朝向外罩开口处设置。
通过采用上述技术方案，石英玻璃的制成的外罩耐高温，在离子源工作后被钽蒸汽溅射后依然能够保持良好的绝缘性能。
较佳的：所述团簇状凸起的表面圆滑且均匀过渡，团簇状凸起均匀分布在阴极的端面上。
通过采用上述技术方案，表面圆滑且均匀过渡能够避免团簇型凸起形成尖端，减小了随着潘宁放点累计时间的增加而引起场制发射不稳定的可能。
较佳的：所述团簇状凸起的表面呈圆滑的半球状，相邻两个团簇状凸起抵接。
通过采用上述技术方案，团簇状凸起呈圆滑的半球状，且相邻两个团簇状凸起抵接，能够避免团簇型凸起形成尖端，减小了随着潘宁放点累计时间的增加而引起场制发射不稳定的可能。
较佳的：外罩开口处设有一次电子准直，一次电子准直与阴极同轴线设置。
通过采用上述技术方案，一次电子准直利于等离子的形成且使等离子体稳定，能够在离子束引出后使等离子体稳定。
较佳的：所述阳极筒包括两端分别与两个一次电子准直抵接的筒体以及开设在筒体内部的阳极腔，阳极腔与外罩连通，阳极腔呈均匀的圆柱腔体状，筒体内侧壁两端向阳极腔的两端呈均匀的缩径状设置。
通过采用上述技术方案，氢气从端部腔室进入，等离子体在电磁场的带动下汇聚在中间腔室，然后从中间腔室离开，从而提高了引出效率。
较佳的：阴极采用100%的钽制成，阳极筒采用钨铜合金制成，其中钨含量为70%。
通过采用上述技术方案，钨铜合金具有耐高温的特性，且钽自身较为稳定，从而使得阴极不易在电离时发生化学反应，提高了工作稳定性和使用寿命。
较佳的：筒体背向引出缝的一侧的壁厚大于筒体开设有引出缝一侧的壁厚。
通过采用上述技术方案，引出缝的长度较短，从而缩短等离子体在引出缝内的移动时间，另一侧的内壁厚度较大，从而使得氢气通道较长，增大氢气的进入量。
较佳的：所述外壳包括呈C字状的壳体以及分设于壳体两侧上的翅板，翅板上设有驱使壳体两侧相对移动的锁紧组件。
通过采用上述技术方案，锁紧组件能够使得阳极与外套筒之间形成紧配结构，防止氢气溢出，增加气体压力稳定性，提高放电稳定性，增加阴极寿命。从而增加离子源寿命。
综上所述，本实用新型相比于现有技术具有以下有益效果：
1. 由于在阴极表面形成的团簇型凸起结构，增加阴极表面积大于10倍，改变阴极发射系数，增加电子发射量，从而增加了电子发射密度；
2. 团簇状凸起呈圆滑的半球状，且相邻两个团簇状凸起抵接，能够避免团簇型凸起形成尖端，减小了随着潘宁放点累计时间的增加而引起场制发射不稳定的可能。
附图说明
图1为实施例的轴测图；
图2是实施例中为表示阴极结构的示意图。
附图标记：1、外壳；11、壳体；12、翅板；13、锁紧组件；2、阳极筒；21、筒体；22、阳极腔；3、阴极；31、团簇状凸起；4、引出槽；5、一次电子准直；6、外罩；7、螺纹连接组件；8、水冷组件；9、氢气通道。
具体实施方式
实施例：一种微型潘宁离子源，参见图1和图2，包括近似圆柱状的外壳1，外壳1包括弯成管状的板材状的壳体11以及分别固设于壳体11两侧的翅板12，翅板12上设有将两块翅板12锁紧并抵接在一起的锁紧组件13，本实施例中的锁紧组件13为螺栓连接在两块翅板12上的螺栓，螺栓上螺纹连接有螺母，通过螺栓和螺母的配合将两块翅板12抵接在一起，并且两块翅板12的两端分别对齐。外壳1的内部固定连接有石英玻璃制成的外罩6，外罩6呈两端连通的且横置的筒状，两个外罩6的开口相对设置，外罩6上插设有呈阶梯轴状的阴极3，每个阴极3均插设在一个外罩6背向另一外罩6的端部，阴极3的端部与外罩6内侧壁之间留有容纳氢气的空间。外罩6的另一端固设有一次电子准直5，阶梯状的阴极3相对的端面为其面积最大的端面，且阴极3、外罩6以及一次电子准直5均与外壳1同轴线设置。两个阴极3相对的端面上均固设有半球状的团簇状凸起31，团簇状凸起31的表面粗糙度为Ra0.1，相邻两个团簇状凸起31的底侧互相抵接，团簇状凸起31均匀的分布在阴极3的端面上，本实施例中的阴极3为100%钽制成。两个阴极3之间的外壳1内部固设有阳极筒2，阳极筒2采用钨铜合金制成，其中钨含量为70%。阳极筒2包括筒体21以及开设在筒体21内部的阳极腔22，阳极腔22呈均匀的圆柱腔体状，筒体21内侧壁两端向阳极腔22的两端呈均匀的缩径状设置，阳极腔22同时与两个外罩6的内部空间连通，两个一次电子准直5分别抵接在筒体21的两端处，阳极腔22与阴极3同轴线设置。一个阴极3处的外罩6上开设有将阳极腔22与外界连通的氢气通道9，氢气通道9位于一个一次电子准直5与一个阴极3之间。外壳1以及筒体21上共同的开设有向阳极腔22方向凹陷的引出槽4，引出槽4内的筒体21上开设有将阳极腔22与外界连通的引出缝（图中未示出），引出槽4使得筒体21背向引出缝的一侧的壁厚大于筒体21开设有引出缝一侧的壁厚。另外，外壳1的两端分别固设有螺纹连接组件7和水冷组件8，阴极3端面面积较小的端部伸出外罩6以及外壳1外与螺纹连接组件7螺纹连接，螺纹连接组件7与水冷组件8固定连接，水冷组件8用于对阴极3进行冷却。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种微型潘宁离子源，其特征在于：包括阳极筒(2)、分设于阳极筒(2)两端的阴极(3)以及将阴极(3)和阳极筒(2)包覆的外壳(1)；相对设置的阴极(3)的端面上均设有若干团簇状凸起(31)；至少一阴极(3)端部处的外壳(1)上开设有将阳极筒(2)与外界连通的氢气通道(9)，阳极筒(2)的中间位置处开设有引出缝。
2.根据权利要求1所述的微型潘宁离子源，其特征在于：阴极(3)上套设有绝缘材料制成的外罩(6)，阴极(3)的端部与外罩(6)内侧壁之间留有容纳氢气的空间。
3.根据权利要求2所述的微型潘宁离子源，其特征在于：外罩(6)包括呈横置的桶状的石英玻璃外罩(6)，两个阴极(3)分设于外罩(6)的两端处且阴极(3)与外罩(6)同轴线设置，团簇状凸起(31)朝向外罩(6)开口处设置。
4.根据权利要求1所述的微型潘宁离子源，其特征在于：所述团簇状凸起(31)的表面圆滑且均匀过渡，团簇状凸起(31)均匀分布在阴极(3)的端面上。
5.根据权利要求1所述的微型潘宁离子源，其特征在于：所述团簇状凸起(31)的表面呈圆滑的半球状，相邻两个团簇状凸起(31)抵接。
6.根据权利要求2所述的微型潘宁离子源，其特征在于：外罩(6)开口处设有一次电子准直(5)，一次电子准直(5)与阴极(3)同轴线设置。
7.根据权利要求1所述的微型潘宁离子源，其特征在于：所述阳极筒(2)包括两端分别与两个一次电子准直(5)抵接的筒体(21)以及开设在筒体(21)内部的阳极腔(22)，阳极腔(22)与外罩(6)连通，阳极腔(22)呈均匀的圆柱腔体状，筒体(21)内侧壁两端向阳极腔(22)的两端呈均匀的缩径状设置。
8.根据权利要求1所述的微型潘宁离子源，其特征在于：筒体(21)背向引出缝的一侧的壁厚大于筒体(21)开设有引出缝一侧的壁厚。
9.根据权利要求2所述的微型潘宁离子源，其特征在于：所述外壳(1)包括呈C字状的壳体(11)以及分设于壳体(11)两侧上的翅板(12)，翅板(12)上设有驱使壳体(11)两侧相对移动的锁紧组件(13)。
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| CN212010897U true CN212010897U (zh) | 2020-11-24 |
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2020
- 2020-04-03 CN CN202020486763.2U patent/CN212010897U/zh active Active
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