一種靜電加速器的加速電極制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種靜電加速器的零部件。為解決現(xiàn)有靜電加速器加速管“電子負(fù)載”抑制措施導(dǎo)致的被加速粒子損失，簡化加速結(jié)構(gòu)，降低加速結(jié)構(gòu)成本，本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種靜電加速器的加速電極。該靜電加速器的加速電極由一系列電極板構(gòu)成，所述一系列電極板包括錐面電極板，所述錐面電極板帶有錐面結(jié)構(gòu)，所述錐面結(jié)構(gòu)的錐角處開有電極孔，所述錐面結(jié)構(gòu)為圓錐面、橢圓錐面或棱錐面。本發(fā)明專利技術(shù)的靜電加速器的加速電極能夠?qū)φ蚣铀俚氖魈峁┚劢沽Γ瑢Ψ聪蚣铀俚氖魈峁┥⒔沽Γ谝种啤半娮迂?fù)載”和“全電壓效應(yīng)”的同時，避免了被加速粒子的損失；同時其加速結(jié)構(gòu)較為簡單，降低了加速結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)或改造成本，且不會對靜電加速器形成不利影響。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種靜電加速器的加速電極
本專利技術(shù)涉及一種靜電加速器的零部件，特別涉及一種靜電加速器的加速電極。
技術(shù)介紹
靜電加速器是一種經(jīng)典的加速器，廣泛應(yīng)用于核物理實驗、離子注入、材料分析和材料輻照等領(lǐng)域。靜電加速器首先通過高壓電源產(chǎn)生靜電高壓，并將高壓加載到靜電加速管等加速結(jié)構(gòu)上，離子源產(chǎn)生引出離子或電子后，通過加速管內(nèi)的靜電高壓將其加速到所需要的能量。靜電加速結(jié)構(gòu)是靜電加速器的關(guān)鍵部件。靜電加速器所能提供的加速電壓不會很高，最高為十幾MV。究其原因，除了更高的靜電高壓電源設(shè)備龐大和研制困難外，很重要的一點是靜電加速管存在一種全電壓效應(yīng)。全電壓效應(yīng)是指靜電加速器加速管總的耐壓小于分段加速管耐壓之和，即加速管的耐壓不隨它的長度增加而線性增加。全電壓效應(yīng)產(chǎn)生的原因是在加速管加電壓后，由于某些原因加速管內(nèi)總會出現(xiàn)少量電子或離子，它們被加速后打到電極上會濺射出較多的次級電子和離子；而后次級電子和離子又被加速，再轟擊其它電極，又產(chǎn)生更多的電子和離子。當(dāng)轟擊粒子的能量達到某一閾值后，次級電子立即發(fā)生雪崩式的增加，進而引起加速管內(nèi)不完全擊穿。此外，產(chǎn)生的大量次級電子在加速管內(nèi)形成反向電子流，經(jīng)加速管分壓電阻產(chǎn)生反向電壓，大大抵消了加速管上的正向電壓，從而使整根加速管電壓降低，形成極為不利的“電子負(fù)載”效應(yīng)。傳統(tǒng)的加速電極一般為平板形狀，為了抑制加速管內(nèi)的“電子負(fù)載”，減少“全電壓效應(yīng)”，本領(lǐng)域中通常采用小孔徑加速管、斜場加速管及在加速管上增加抑制次級電子的磁場等措施，如采用金屬-陶瓷焊接直場小孔徑加速管，在斜場加速管上安裝永磁鐵等方式加以應(yīng)對，均能較為有效的抑制電子負(fù)載。但上述措施的采用會帶來被加速粒子的損失，并使得靜電加速器加速結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，對靜電加速器形成一些不利影響，同時也提高了加速結(jié)構(gòu)的成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有靜電加速器加速管“電子負(fù)載”抑制措施導(dǎo)致的被加速粒子損失，簡化加速結(jié)構(gòu)，避免對靜電加速器形成不利影響，并降低加速結(jié)構(gòu)成本，本專利技術(shù)提供了一種靜電加速器的加速電極。該靜電加速器的加速電極由一系列電極板構(gòu)成，所述一系列電極板包括錐面電極板，所述錐面電極板帶有錐面結(jié)構(gòu)，所述錐面結(jié)構(gòu)的錐角處開有電極孔，所述錐面結(jié)構(gòu)為圓錐面、橢圓錐面或棱錐面，所述圓錐面所在圓錐的圓錐角≥90°，所述橢圓錐面所在橢圓錐的最小圓錐角≥90°，所述棱錐面的各側(cè)面與束流運動軸的銳角夾角≥45°。所述一系列電極板的每片錐面電極板，其錐面結(jié)構(gòu)可以在圓錐面、橢圓錐面或棱錐面中任意選擇。所述棱錐面優(yōu)選為三棱錐面或四棱錐面。當(dāng)所述錐面結(jié)構(gòu)為棱錐面時，棱錐面的各側(cè)面與束流運動軸的銳角夾角可以不同。本專利技術(shù)的靜電加速器的加速電極可用于替換靜電加速器的平板型、柱面型或球面型加速電極。本專利技術(shù)采用了帶有錐面結(jié)構(gòu)的靜電加速器加速電極，其對被加速束流的聚焦作用雖然較弱，但對引起全電壓效應(yīng)的電子和離子的聚焦、散焦作用明顯。對于與加速束流同向運動的二次電子或離子，由于其能量低，會受到較強的聚焦作用，因此經(jīng)加速后會遠(yuǎn)離電極，抑制了多個電極之間的級聯(lián)碰撞濺射造成的雪崩效應(yīng)。對于與加速束流反向運動的二次電子或離子，由于其能量低，會受到較強的散焦作用，因此經(jīng)加速后很快會被電極攔截；也因為能量低的緣故，所以其被攔截時濺射出的二次電子或離子較少，從而抑制了雪崩效應(yīng)和“電子負(fù)載”效應(yīng)。本專利技術(shù)的靜電加速器的加速電極采用了錐面電極板，能夠?qū)φ蚣铀俚氖魈峁┚劢沽?，對反向加速的束流提供散焦力，在抑制“電子?fù)載”和“全電壓效應(yīng)”的同時，避免了被加速粒子的損失；同時其加速結(jié)構(gòu)較為簡單，降低了加速結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)或改造成本，且不會對靜電加速器形成不利影響。附圖說明圖1本專利技術(shù)的靜電加速器的加速電極示意圖(圓錐面電極板)。附圖標(biāo)記：1.圓錐面電極板，2.圓錐面電極板1/4剖去剩余部分，3.圓錐面電極板1/2剖去剩余部分。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的實施方式做進一步的說明。實施例1一種靜電加速器的加速電極，由一系列電極板構(gòu)成，包括10片錐面電極板，分為兩段設(shè)置，每段5片，所述錐面電極板帶有錐面結(jié)構(gòu)，所述錐面結(jié)構(gòu)的錐角處開有電極孔，所述錐面結(jié)構(gòu)為圓錐面，所述圓錐面所在圓錐的圓錐角均為90°。以上述加速電極與結(jié)構(gòu)基本相同的平板電極在相同的工況下分別對50keV的質(zhì)子束進行加速。結(jié)果顯示：采用上述加速電極加速的質(zhì)子束完全通過加速段，沒有損失；而采用平板電極加速的質(zhì)子束被最后2片電極片部分?jǐn)r截，發(fā)生損失，證明本專利技術(shù)的加速電極具有良好的聚焦作用，能夠避免被加速粒子的損失。同時，“電子負(fù)載”和“全電壓效應(yīng)”也得到了很好的抑制。實施例2一種靜電加速器的加速電極，由一系列電極板構(gòu)成，包括12片錐面電極板，所述錐面電極板帶有錐面結(jié)構(gòu)，所述錐面結(jié)構(gòu)的錐角處開有電極孔，所述錐面結(jié)構(gòu)為四棱錐面，所述四棱錐面的各側(cè)面與束流運動軸的銳角夾角均為60°。以上述加速電極與結(jié)構(gòu)基本相同的平板電極在相同的工況下分別對50keV的質(zhì)子束進行加速。結(jié)果顯示：采用上述加速電極加速的質(zhì)子束完全通過加速段，沒有損失；而采用平板電極加速的質(zhì)子束被最后3片電極片部分?jǐn)r截，發(fā)生損失，證明本專利技術(shù)的加速電極具有良好的聚焦作用，能夠避免被加速粒子的損失。同時，“電子負(fù)載”和“全電壓效應(yīng)”也得到了很好的抑制。與錐面結(jié)構(gòu)采用圓錐面不同的是，采用棱錐面的加速電極加速后的粒子束斑為與棱錐截面多邊形相類似的形狀，而不是圓形。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種靜電加速器的加速電極，其特征在于：該靜電加速器的加速電極由一系列電極板構(gòu)成，所述一系列電極板包括錐面電極板，所述錐面電極板帶有錐面結(jié)構(gòu)，所述錐面結(jié)構(gòu)的錐角處開有電極孔，所述錐面結(jié)構(gòu)為圓錐面、橢圓錐面或棱錐面，所述圓錐面所在圓錐的圓錐角≥90°，所述橢圓錐面所在橢圓錐的最小圓錐角≥90°，所述棱錐面的各側(cè)面與束流運動軸的銳角夾角≥45°。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種靜電加速器的加速電極，其特征在于：該靜電加速器的加速電極由一系列電極板構(gòu)成，所述一系列電極板包括錐面電極板，所述錐面電極板帶有錐面結(jié)構(gòu)，所述錐面結(jié)構(gòu)的錐角處開有電極孔，所述錐面結(jié)構(gòu)為圓錐面、橢圓錐面或棱錐面，所述圓錐面所在圓錐的圓錐角≥90°，所述橢圓錐面所在橢圓錐的最小圓錐角≥90°，所述棱錐面的各側(cè)面與束流運動軸的銳角夾角≥45°。2.如...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李金海，韓廣文，
申請(專利權(quán))人：中國原子能科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11