本發明專利技術公開了一種電阻觸發式真空弧離子源裝置，包括陽極（1）、陰極（2）、觸發極（3）、陰極-觸發極絕緣件（4）、觸發電阻（5）以及連接在陰極（2）下端的陰極固定導電接頭（6），上述陽極（1）由中空圓筒狀的陽極支撐體（11）和連接在陽極支撐體（11）上端的環形陽極（12）構成，上述觸發電阻（5）、觸發極（3）、陰極-觸發極絕緣件（4）和陰極（2）從外至內依次設置在陽極支撐體（11）內。本發明專利技術的觸發電阻內置在真空弧離子源裝置內，結構緊湊、體積小、節省安裝空間，并且保證了電接觸和絕緣可靠性，并能有效改善分布參數。
【技術實現步驟摘要】
電阻觸發式真空弧離子源裝置
本專利技術涉及離子源
，具體地，涉及一種電阻觸發式真空弧離子源裝置。
技術介紹
離子源是產生離子的裝置，是離子注入、離子加速器等應用最重要的部件之一。觸發真空弧離子源是一種對能實現更劇烈放電、更高流強和更充分電離的真空弧離子源形式。目前產生真空弧的方式有高壓真空擊穿、高壓沿面放電、激光觸發、低壓起弧等，真空弧的觸發方式決定了離子源能否順利被觸發進而工作，又決定了離子源裝置的工程實現難度和工作可靠性。目前一般多采用高壓沿面放電的觸發方式，但這種方式需要采用兩套功率源供電，一套給陰極-陽極供電，一套給觸發極供電，多出一路功率系統會增加離子源的結構復雜程度、體積重量和成本，或者功率源的復雜性。在體積等方面有嚴格限制的器件內，有時不得不犧牲離子源的性能，從而放棄觸發離子源相比單獨放電離子源的性能優勢。而采用觸發電阻觸發起弧只需要單路功率即主放電功率饋入就可以實現真空弧離子源的自動觸發和熄滅，能夠解決兩套功率系統引起的上述問題。電阻自觸發只需要一路功率饋入，通過觸發電阻控制觸發回路，實現觸發電極與陰極之間的短脈沖放電，在陰極與陽極之間注入帶電粒子，隨后點燃陰極與陽極之間的主脈沖放電，觸發放電自動結束，實現離子源的觸發功能。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種觸發電阻內置的電阻觸發式真空弧離子源裝置，該裝置結構緊湊，可靠性高。本專利技術解決上述問題所采用的技術方案是: 電阻觸發式真空弧離子源裝置，包括陽極、陰極、觸發極、陰極-觸發極絕緣件、觸發電阻以及連接在陰極下端的陰極固定導電接頭，其中，陽極由中空圓筒狀的陽極支撐體和連接在陽極支撐體上端的環形陽極構成，觸發電阻、觸發極、陰極-觸發極絕緣件和陰極從外至內依次設置在陽極支撐體內。現有技術中，電阻觸發的離子源的觸發電阻外置在離子源裝置外部，其一般采用引線與離子源裝置連接，專利技術人在平常的工作和研究中發現，這種電阻外置的方式有很多不足，不僅需要觸發電阻額外的安裝空間，在離子源裝置的引線端尺寸相應增大，增大整個裝置體積，并且外置電阻的絕緣可靠性和連接性都較差，以及影響觸發回路電參數等問題，因此專利技術人提出了本方案中的內置電阻的離子源裝置，在該裝置中，專利技術人并不是直接將觸發電阻放置在離子源裝置內部，而是巧妙地將電阻設置在觸發極和陽極之間，既進行電阻觸發，又充當觸發極和陽極之間的絕緣體，節省了整個裝置的空間，同時解決了上述外置電阻帶來的種種問題。作為本專利技術的進一步改進，上述陰極和陰極固定導電接頭設置在陽極的中心軸線上，上述陰極-觸發極絕緣件包覆在陰極和陰極固定導電接頭外，且陰極-觸發極絕緣件的上端面低于陰極的上端面；上述觸發極由包覆在陰極-觸發極絕緣件外的觸發極支撐體和連接在觸發極支撐體上端的環形觸發極構成，環形觸發極下端面還與陰極-觸發極絕緣件上端面相連，且環形觸發極的內圓周面與陰極之間設置有間隙；上述觸發電阻為中空圓柱體，其外壁與陽極支撐體的內壁相連；觸發電阻的內壁與觸發極的外壁相連。前述環形觸發極的內圓周面與陰極之間的間隙即陰極和觸發極的放電區域，電壓加壓時首先在該間隙下方的陰極-觸發極絕緣件的上端面發生沿面擊穿，導通陰極和觸發極。本方案中，觸發電阻內置在離子源裝置中，不需要在離子源裝置外多接出一個引線用于連接觸發電阻，降低引線端尺寸、節省安裝空間，增強可靠性，降低設計難度。觸發電阻本身具有在陽極和觸發極之間的絕緣作用，因此不必另外設置陽極和觸發極的絕緣件，減少了器件體積和重量，降低了整個離子源的復雜性，使得結構更緊湊。進一步,上述陰極-觸發極絕緣件由第一絕緣件和位于第一絕緣件下端的第二絕緣件構成，第一絕緣件和第二絕緣件均呈中空圓柱狀，且內徑相同、中心軸重合，第一絕緣件外徑小于第二絕緣件；上述觸發極支撐體的內圓周面與第一絕緣件的外圓周面相連，上述環形觸發極連接在第一絕緣件上端；上述觸發電阻和觸發極支撐體的下端面均連接在第二絕緣件的上端面上。本方案中，陰極-觸發極絕緣件采用兩個外徑不同的絕緣件構成，其第一絕緣件主要起絕緣作用，第二絕緣件主要是便于裝配設置，可以將觸發極和觸發電阻均連接在其上，便于所有部件均緊密配合，節省安裝空間，而且固定整個離子源裝置時只需要固定陽極和陰極-觸發極絕緣件即可。進一步，上述第二絕緣件的內圓周面與陰極固定導電接頭相連，外圓周面連接在陽極支撐體的內壁上。進一步，上述觸發電阻至上而下內徑逐漸變大，上述觸發極支撐體和環形觸發極的外徑均自上而下逐漸變大，使得觸發電阻、觸發極在陰極-觸發極絕緣件和陽極上裝配更加容易，降低設計難度。進一步，上述觸發電阻的內圓周面和外圓周面上均鍍有一層金屬膜，觸發電阻內外兩個圓周面鍍金鍍層實現與陽極和觸發極之間的電連接，大大提高整個部件的可靠性，避免了外置電阻引線連接失效的問題，以及減小接觸電阻。進一步，上述觸發電阻為陶瓷電阻，以減小電阻材料放氣。進一步，上述觸發電阻的阻值不低于10歐姆，不高于500歐姆，且大于主弧電流導通時陰極與陽極之間的等效電阻，以保證離子源陰極-陽極放電電流在10安培-200安培之間。綜上，本專利技術的有益效果是: 1、本專利技術采用電阻觸發，只需要單路功率即主放電功率饋入就可以實現真空弧離子源的自動觸發和熄滅，能夠解決兩套功率系統弓I起的體積大、成本高、結構和控制復雜等問題，并且通過改變觸發電阻的電參數可以實現不同的主放電特征。2、不增大離子源引線端尺寸:由于真空弧離子源的某些適用場合對尺寸要求嚴格，無觸發的離子源只有一根高壓線，如果采用兩套電源或者外置電阻，必然會多出一根高壓引線，這樣會導致離子源引線端尺寸增大一倍左右，大大增加設計難度，降低可靠性，本專利技術采用內置電阻，不需要通過連接引線連接到離子源外，離子源引線端不用增大體積，保證可靠性，降低設計難度。3、節省安裝空間、結構緊湊:由于離子源全部為對地高壓，因此觸發電阻工作時和離子源的陰極、陽極電位相近也處于高壓，在離子源的安裝部件中再增加一個高壓器件，安裝結構和高壓絕緣會使得整個部件體積增大一倍及以上，在某些應用中，比如需要上天的器件，體積和重量有時是決定性因素，因此外置電阻的離子源無法適應這些應用，而本專利技術中不需要外置電阻的安裝空間，且將觸發電阻設置在陽極和觸發極之間，觸發電阻同時作為了陽極和觸發極之間的絕緣部件，即陽極和觸發極之間采用觸發電阻作為絕緣，避免了多出一個觸發電阻及配套結構，降低了整個離子源的復雜性，減小了體積和重量，使得結構更緊湊。4、提高電接觸可靠性:外置電阻由于采用引線等方式和離子源連接，在復雜使用環境下，如沖擊和高低溫，可能會引起引線連接失效，本專利技術中觸發電阻作為結構件，采用可靠緊固結構和離子源安裝成一體，并且采用表面鍍薄膜電極實現與陽極和觸發極之間的電連接，可以大大提高整個部件的可靠性。5、提高絕緣可靠性:由于離子源在工作時，首先進行觸發放電，觸發放電后，觸發極和陰極之間電位非常接近。此時，如果陽極和觸發極之間絕緣強度不夠(或者其他因素)，主弧放電會發生在觸發極和陽極之間，而不是陰極和陽極之間，導致離子源失效。而由于離子源內空間非常有限(通常小于1cm)，很難采用增大絕緣沿面措施或者其他屏蔽措施，由于工作在有源條件下(放電產生的粒子會導致絕緣降低)，因此失效概率不本文檔來自技高網...
【技術保護點】
電阻觸發式真空弧離子源裝置，包括陽極（1）、陰極（2）、觸發極（3）、陰極?觸發極絕緣件（4）、觸發電阻（5）以及連接在陰極（2）下端的陰極固定導電接頭（6），其特征在于，所述陽極（1）由中空圓筒狀的陽極支撐體（11）和連接在陽極支撐體（11）上端的環形陽極（12）構成，所述觸發電阻（5）、觸發極（3）、陰極?觸發極絕緣件（4）和陰極（2）從外至內依次設置在陽極支撐體（11）內。
【技術特征摘要】
1.電阻觸發式真空弧離子源裝置，包括陽極(I)、陰極(2)、觸發極(3)、陰極-觸發極絕緣件(4)、觸發電阻(5)以及連接在陰極(2)下端的陰極固定導電接頭(6)，其特征在于，所述陽極(I)由中空圓筒狀的陽極支撐體(11)和連接在陽極支撐體(11)上端的環形陽極(12)構成，所述觸發電阻(5)、觸發極(3)、陰極-觸發極絕緣件(4)和陰極(2)從外至內依次設置在陽極支撐體(11)內。2.根據權利要求1所述的電阻觸發式真空弧離子源裝置，其特征在于，所述陰極(2)和陰極固定導電接頭(6)設置在陽極(I)的中心軸線上，所述陰極-觸發極絕緣件(4)包覆在陰極(2)和陰極固定導電接頭(6)外，且陰極-觸發極絕緣件(4)的上端面低于陰極(2)的上端面；所述觸發極(3)由包覆在陰極-觸發極絕緣件(4)外的觸發極支撐體(32)和連接在觸發極支撐體(32)上端的環形觸發極(31)構成，環形觸發極(31)下端面還與陰極-觸發極絕緣件(4)上端面相連，且環形觸發極(31)的內圓周面與陰極(2)之間設置有間隙； 所述觸發電阻(5)為中空圓柱體，其外壁與陽極支撐體(11)的內壁相連；觸發電阻(5)的內壁與觸發極(3)的外壁相連。3.根據權利要求2所述的電阻觸發式真空弧離子源裝置，其特征在于，所述陰極-觸發極絕緣件(4)由第一絕緣件(41)和位...
【專利技術屬性】
技術研發人員：彭宇飛，藍朝暉，龍繼東，楊振，鄭樂，董攀，李杰，何佳龍，王韜，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院流體物理研究所，
類型：發明
國別省市：四川;51
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