本實(shí)用新型涉及測(cè)井中子管制造技術(shù)中離子源裝置，尤其是一種防離子濺射的微型潘寧離子源。

背景技術(shù)：

在測(cè)井中子管中一般都采用潘寧離子源，這種離子源能在低氣壓下穩(wěn)定工作，具有結(jié)構(gòu)和供電系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、工作壽命長(zhǎng)和易于小型化等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。由圖2可知它由陽極筒、陰極、輸出陰極、主磁鋼、磁環(huán)、陶瓷絕緣環(huán)、離子源罩和封接環(huán)構(gòu)成。用兩個(gè)絕緣陶瓷環(huán)將陽極筒上下擠壓固定，同時(shí)，用非磁性材料外、離子源罩和封接環(huán)將整個(gè)離子源包圍在內(nèi)。陽極筒內(nèi)徑為9mm,采用非磁性不銹鋼材料，以免在其內(nèi)部形成磁分路而降低離子源內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度；陰極和輸出陰極選用了二次電子發(fā)射系數(shù)大、抗濺射的鉻-鎳-鈦合金，陰陽極間距離為1.5～2.0mm；磁場(chǎng)由永久磁鋼提供，材料為鋁鎳鈷，離子源內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到0.2T以上，主磁鋼放置陰極端，同時(shí)在輸出陰極引出孔處放置一個(gè)磁環(huán)，不僅能起到補(bǔ)償主磁鋼的軸向衰減作用，也增加了引出孔處的等離子體密度。其工作原理如圖1，兩個(gè)相對(duì)安裝的陰極、輸出陰極和陽極筒構(gòu)成放電室，并處于軸向磁場(chǎng)中，在陽極電壓形成的電場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)的共同作用下，初始電子沿著陽極筒在兩陰極間作螺旋運(yùn)動(dòng)，與氣體分子碰撞發(fā)生電離，碰撞電離的電子又加入下一輪的碰撞，碰撞產(chǎn)生的正離子向低電位運(yùn)動(dòng)，一部分轟擊陰極產(chǎn)生二次電子發(fā)射，在這樣循環(huán)中，氣體電離形成等離子體。通過輸出陰極小孔，在加速電壓的作用下，從等離子體中引出離子流。這種結(jié)構(gòu)的潘寧離子源目前被廣泛應(yīng)用于各種類型的微型中子管中，并且得到了人們的認(rèn)可。

但是這種結(jié)構(gòu)的潘寧離子源用上下兩個(gè)絕緣陶瓷環(huán)來固定陽極筒，并由這兩個(gè)絕緣陶瓷環(huán)與陰極或輸出陰極隔離絕緣。當(dāng)中子管使用時(shí)間累計(jì)到一定程度時(shí)，由于離子的濺射在上陶瓷環(huán)上內(nèi)壁和下陶瓷環(huán)下內(nèi)壁表面會(huì)形成一層金屬膜，導(dǎo)致陰陽極之間絕緣變差，甚至短路。為了避免此問題的發(fā)生，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，它既能牢固地固定陽極筒，又能使陰陽極之間保 持很好的絕緣，無論中子管使用多長(zhǎng)時(shí)間，絕不會(huì)因離子濺射而使陰陽極之間發(fā)生短路現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種防離子濺射的微型潘寧離子源，解決了由于離子濺射而導(dǎo)致的陰陽極之間絕緣變差的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種防離子濺射的微型潘寧離子源，包括陽極筒、陰極、輸出陰極、離子源罩、封接環(huán)、定位環(huán)、主磁鋼、磁環(huán)和絕緣陶瓷環(huán)，其特別之處在于：所述陰極的形狀為圓形臺(tái)階狀，所述絕緣陶瓷環(huán)包含外陶瓷環(huán)和內(nèi)陶瓷環(huán)，外陶瓷環(huán)包括一個(gè)水平圓環(huán)，沿水平圓環(huán)外沿上表面設(shè)置有筒狀陶瓷環(huán)，沿水平圓環(huán)內(nèi)沿下表面設(shè)置有筒狀陶瓷環(huán)；內(nèi)陶瓷環(huán)為筒狀陶瓷環(huán)垂直設(shè)置在外陶瓷環(huán)水平圓環(huán)的上表面處，內(nèi)陶瓷環(huán)的外側(cè)與外陶瓷環(huán)的內(nèi)側(cè)有間距，外陶瓷環(huán)和內(nèi)陶瓷環(huán)為一體結(jié)構(gòu)。

上述內(nèi)陶瓷環(huán)的外側(cè)與外陶瓷環(huán)的內(nèi)側(cè)的間距為0.5mm。

上述的內(nèi)陶瓷環(huán)的壁厚為0.5mm。

為了進(jìn)一步的降低濺射率，上述的陰極、輸出陰極和陽極筒的材料為鉬。

優(yōu)選的，上述的磁鋼為釤鈷材料。

為了防止磁場(chǎng)外泄，上述的離子源罩和封接環(huán)的材料為高導(dǎo)磁材料。

上述的陶瓷絕緣環(huán)的材料為99陶瓷材料。

上述的定位環(huán)的材料為無磁不銹鋼材料。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、陰極設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，擋住了從陰極端面濺射出來的離子到達(dá)外陶瓷環(huán)內(nèi)壁的A區(qū)；

2、由于設(shè)置了內(nèi)陶瓷環(huán)，它有效隔離了陽極筒和外陶瓷環(huán)，這樣從陰極表面濺射出來的離子不會(huì)沉積在外陶瓷環(huán)內(nèi)壁表面和內(nèi)陶瓷環(huán)外壁表面的C區(qū)；

3、由于絕緣陶瓷環(huán)下端設(shè)計(jì)一個(gè)高度為1.5mm臺(tái)階，從輸出陰極表面濺射出來的離子同樣不會(huì)沉積在D區(qū)和E區(qū)。

附圖說明

圖1是潘寧離子源工作原理圖；

圖2是常規(guī)潘寧離子源結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型防離子濺射潘寧離子源結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型防離子濺射潘寧離子源絕緣陶瓷環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中附圖標(biāo)記為：1-主磁鋼；2-陰極；3-陽極筒；4-輸出陰極；5-陽極供電；6-封接環(huán)；7-絕緣陶瓷管；8-離子源罩；9-磁環(huán)；10-絕緣陶瓷環(huán)；101-外陶瓷環(huán)；102-內(nèi)陶瓷環(huán)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。

如圖3所示是本實(shí)用新型的防離子濺射微型潘寧離子源結(jié)構(gòu)示意圖，將陰極2的形狀設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀的，將圖2中的兩個(gè)絕緣陶瓷環(huán)和設(shè)計(jì)為單個(gè)絕緣陶瓷環(huán)10，如圖4所示，絕緣陶瓷環(huán)10包含了外陶瓷環(huán)101和壁厚為0.5mm的內(nèi)陶瓷環(huán)102，內(nèi)陶瓷環(huán)102的外側(cè)與外陶瓷環(huán)101的內(nèi)側(cè)留有0.5mm的間距，在內(nèi)陶瓷環(huán)102的內(nèi)側(cè)固定陽極筒3，其余部分同圖2的常規(guī)微型潘寧離子源結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的材料選用與圖2的常規(guī)微型潘寧離子源有所不同，可伐和鉬都具有較大的二次電子發(fā)射系數(shù)，較低的濺射率，能耐高溫，都適合做陰極材料；不銹鋼和鉬都是非磁性材料，也都適合做陽極材料，但一方面考慮到陰陽極材料不同時(shí)，因兩者膨脹系數(shù)不同，陽極表面被陰極材料濺射的沉積層容易起皮，引起陰陽極間尖端放電；另一方面考慮封接工藝的簡(jiǎn)化，不銹鋼難以釬焊，而鉬則能釬焊，故選用鉬作為陰陽極材料；磁鋼材料要根據(jù)中子管結(jié)構(gòu)和工作溫度來選用，鋁鎳鈷磁鋼磁能積較低，稀土磁鋼工作溫度和居里溫度低，而釤鈷磁鋼工作溫度為300～350℃，居里溫度為800℃，能滿足中子管的要求，故選用釤鈷磁鋼；離子源罩8和封接環(huán)6選用高導(dǎo)磁材料，可以有效防止離子源內(nèi)部磁場(chǎng)外泄而減弱內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)，也可以防止外部磁場(chǎng)對(duì)離子源內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響而導(dǎo)致離子源工作不穩(wěn)定；絕緣陶瓷環(huán)10選用99陶瓷材料；定位環(huán)11選用無磁不銹鋼材料。

本實(shí)用新型微型潘寧離子源在起初一段時(shí)間內(nèi)的工作狀態(tài)與圖2結(jié)構(gòu)的常規(guī)潘寧離子源相同，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，也許會(huì)在圖3中外陶瓷環(huán)101的B區(qū)和內(nèi)陶瓷環(huán)102內(nèi)壁表面濺射一層金屬膜。但是由于絕緣陶瓷環(huán)10和陰極2結(jié)構(gòu)的特殊性，可以有效地防止離子濺射而使陰陽極之間絕緣變差。

圖3中由于陰極2臺(tái)階的存在，擋住了從陰極2下端面濺射出來離子到達(dá)A區(qū)；由于設(shè)置了內(nèi)陶瓷環(huán)102，它有效隔離了陽極筒和外陶瓷環(huán)101，這樣從陰極2下表面濺射出來的離子不會(huì)沉積在C區(qū)，即外陶瓷環(huán)101內(nèi)壁表面和內(nèi)陶瓷環(huán)102外壁表面；由于絕緣陶瓷環(huán)10下端設(shè)計(jì)一個(gè)高度為1.5mm臺(tái)階，從輸出陰極4上表面濺射出來的離子同樣不會(huì)沉積在D區(qū)和E區(qū)表面。從上述三方面分析可知，無論從陰極2下表面或輸出陰極4上表面濺射的離子濺射到達(dá)絕緣陶瓷環(huán)10表面，都不會(huì)破壞陰陽極之間的絕緣，從而達(dá)到了防離子濺射的目的。

這種防離子濺射微型潘寧離子源在外徑為25mm微型中子管中得到了應(yīng)用，經(jīng)過近100支這種中子管的實(shí)際使用驗(yàn)證表明，其工作壽命超過了200小時(shí)。