本發(fā)明屬于粒子加速器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可消除雜質(zhì)的雙離子束加速器裝置。

背景技術(shù)：

離子加速器是產(chǎn)生、加速各種離子并將加速后的離子束傳輸?shù)桨猩系囊环N裝置。加速器一般由離子源、加速段、束流傳輸段、束流分析等元件組成。離子源將原子或者分子電離形成帶電離子，并將帶電離子引出形成離子束。為了保證靶上的束流純度，束流線上通常還需要采用質(zhì)量分析器對離子束進行分析、篩選。這種帶有質(zhì)量分析的加速器一般只能傳輸一種離子束，現(xiàn)有技術(shù)一般也都是實現(xiàn)一種離子的加速及傳輸。但是，在某些特殊條件下，需要靶上同時注入兩種或者多種不同的離子。通常采用的辦法是研制多臺加速器，每臺加速器傳輸一種離子束，采用多臺加速器同時供束的方式實現(xiàn)靶上多種離子束的同時注入。但采用這種方式，由于加速器的空間布局，各離子束之間具有一定的夾角，不能實現(xiàn)同軸注入。同時，采用這種方法需要多臺加速器，導(dǎo)致研制費用較高。

若不采用多臺加速器，而采用一臺加速器同時產(chǎn)生多種離子束，束流線采用靜電元件，可以實現(xiàn)多種離子束的同軸傳輸和同軸注入。但是，同軸傳輸?shù)亩嚯x子束裝置不具備束流分析的能力。然而，盡管向離子源通入高純氣體，通常情況下，受到真空剩余氣體和離子源出氣的影響，離子源引出的離子束總會帶有其它雜質(zhì)離子，如n2⁺、o2⁺、h2o⁺等離子束。特別是對于小進氣量的條件下，離子源引出束流的雜質(zhì)含量可能高達(dá)20％。用于單離子束的加速器裝置通常采用一臺質(zhì)量分析器將不同質(zhì)量的離子束分開，再采用一個單孔選束光闌挑選所需要的離子束，而其它雜質(zhì)離子則將被選束光闌攔截。而且，經(jīng)磁分析器后，不同質(zhì)量的離子束會形成一定夾角，質(zhì)量不同的離子束通過質(zhì)量分析器時將沿著不同的方向傳輸，不能同軸注入到靶上。采用常規(guī)的質(zhì)量分析方法不適用于雙離子束的分析。因此既能保證兩種離子束同軸注入，又能保證注入離子束純度的雙離子加速器的研發(fā)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所渴望解決的一個技術(shù)難題，這對多離子加速領(lǐng)域具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)在處理兩種或者多種離子時，每臺加速器只能提供一種離子束、研制費用較高、各離子束注入方向不完全相同的不足，提供了一種既能夠保證束流的純度，又能低成本的實現(xiàn)了兩種不同質(zhì)量的離子束的產(chǎn)生及同軸注入的可消除雜質(zhì)的雙離子束加速器裝置。

(二)技術(shù)方案

為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種可消除雜質(zhì)的雙離子束加速器裝置，該裝置包括進氣系統(tǒng)、離子源、束流傳輸元件和靶；束流傳輸元件包括雜質(zhì)消除系統(tǒng)和后端束流傳輸元件；雜質(zhì)消除系統(tǒng)由第一質(zhì)量分析器、雙孔選束光闌、聚焦透鏡和第二質(zhì)量分析器組成，其中第一質(zhì)量分析器和第二質(zhì)量分析器結(jié)構(gòu)相同，電場、磁場設(shè)置方向相反，進氣系統(tǒng)、離子源、第一質(zhì)量分析器、雙孔選束光闌、聚焦透鏡、第二質(zhì)量分析器、后端束流傳輸元件和靶分別按離子束傳輸方向順序設(shè)置。

進一步，所述進氣系統(tǒng)由氣瓶，氣管和氣體質(zhì)量流量計組成。

進一步，所述后端束流傳輸元件全部為電元件。

進一步，所述雙孔選束光闌和聚焦透鏡之間設(shè)置有可移動單孔選束光闌。

進一步，所述質(zhì)量分析器為二極分析磁鐵。

進一步，所述質(zhì)量分析器為速度選擇器。

進一步，所述聚焦透鏡為左右對稱的聚焦透鏡。

進一步，所述聚焦透鏡為左右對稱的透鏡組。

進一步，所述聚焦透鏡為三圓筒靜電單透鏡。

進一步，所述聚焦透鏡為三單元四極透鏡組。

(三)有益效果

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，其中氣體質(zhì)量流量計可實現(xiàn)兩種離子束比例的自由調(diào)節(jié)，易于操作；離子源可同時產(chǎn)生兩種離子束，節(jié)約時間成本和研制費用成本，解決了從一個離子注入口同時、同軸注入兩種離子的難題；雜質(zhì)消除系統(tǒng)可去除兩種不同質(zhì)量離子束中的其它雜質(zhì)離子，保證靶上純度好于99.9％；單孔選束光闌可以實現(xiàn)運行過程中靶上離子束比例的準(zhǔn)確測量；本發(fā)明實現(xiàn)了雙離子束加速中離子比例可控且控制精度高，離子束純度高，研制費用低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1可消除雜質(zhì)的雙離子束加速器結(jié)構(gòu)示意圖

1、進氣系統(tǒng)2、雜質(zhì)消除系統(tǒng)3、氣瓶4、氣管5、氣體質(zhì)量流量計6、離子源7、第一質(zhì)量分析器8、雙孔選束光闌9、可移動單孔選束光闌10、聚焦透鏡11、第二質(zhì)量分析器12、后端束流傳輸元件13、靶

具體實施方式

下面將結(jié)合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步闡述。

如圖1所示的一種可消除雜質(zhì)的雙離子束加速器裝置，該裝置包括進氣系統(tǒng)1、離子源6、束流傳輸元件和靶13；束流傳輸元件包括雜質(zhì)消除系統(tǒng)2和后端束流傳輸元件12，雜質(zhì)消除系統(tǒng)2由第一質(zhì)量分析器7、雙孔選束光闌8、聚焦透鏡10和第二質(zhì)量分析器11組成，其中第一質(zhì)量分析器7和第二質(zhì)量分析器11結(jié)構(gòu)相同，電場和磁場設(shè)置大小相同、方向相反；第一質(zhì)量分析器7和第二質(zhì)量分析器11與聚焦透鏡10的距離相同，并關(guān)于聚焦透鏡10中平面左右對稱，形成鏡像結(jié)構(gòu)，使雙離子束的軌跡左右對稱。雙孔選束光闌8和聚焦透鏡10之間設(shè)置有可移動單孔選束光闌9。進氣系統(tǒng)1、離子源6、第一質(zhì)量分析器7、雙孔選束光闌8、可移動單孔選束光闌9、聚焦透鏡10、第二質(zhì)量分析器11、后端束流傳輸元件12和靶13分別按離子束方向順序擺放；后端束流傳輸元件12全部采用電元件，以滿足不同質(zhì)量的兩種離子束的同軸傳輸。

進氣系統(tǒng)1包括氣瓶3，氣管4和氣體質(zhì)量流量計5，可由兩組或者多組進氣通路組成，可實現(xiàn)向離子源6同時通入兩種或者多種高純氣體，調(diào)節(jié)氣體質(zhì)量流量計5即可控制進氣比例，但是進氣比例與束流比例并不完全相同，需要后期通過可移動單孔選束光闌9選束的方法測量靶上不同離子束的流強，從而確定進氣量；離子源6是可以同時產(chǎn)生不同質(zhì)量離子束的離子源6；質(zhì)量分析器可用二極分析磁鐵或速度選擇器?；旌想x子束經(jīng)第一質(zhì)量分析器7之后被分成多個獨立的離子束，在離子束分開的位置設(shè)置一臺雙孔選束光闌8，使需要的兩種離子束通過，并阻擋其它雜質(zhì)離子，實現(xiàn)雙離子束的純化。聚焦透鏡10可使用三圓筒靜電單透鏡或者三單元四極透鏡組等左右對稱的聚焦透鏡或透鏡組；調(diào)節(jié)聚焦透鏡10的參數(shù)，使被選出的兩個離子束在聚焦透鏡10的作用下，改變傳輸方向，使兩個離子束在聚焦透鏡10出口的軌跡與入口軌跡關(guān)于聚焦透鏡10的中平面左右對稱，并互為鏡像；被改變角度的兩個離子束再入射到第二質(zhì)量分析器11中，在第二質(zhì)量分析器11的作用下，使兩個分開的離子束再次重新合成一個同軸的離子束?？梢酝ㄟ^移動單孔選束光闌9的位置來選擇一種離子束通過，實現(xiàn)靶13上離子束流強度和比例的精確測量。其中離子源6、第一質(zhì)量分析器7、雙孔選束光闌8、聚焦透鏡10、第二質(zhì)量分析器11、束流傳輸元件12和靶13在同一條中心軸上，方便束流線的安裝對中。使得經(jīng)過分析后的離子束可在后端束流傳輸元件12的作用下，同軸傳輸?shù)桨?3上。

實施例：

本實施例中離子源6采用冷陰極潘寧源6，質(zhì)量分析器采用速度選擇器，聚焦透鏡10采用三圓筒靜電單透鏡10。進氣系統(tǒng)1向冷陰極潘寧源6同時通入氫氣和氦氣兩種高純氣體，冷陰極潘寧源6電離并引出這兩種氣體產(chǎn)生的h2⁺離子束和he⁺離子束以及其它不同質(zhì)量的雜質(zhì)離子。當(dāng)混合離子束進入第一速度選擇器7后，不同質(zhì)量的離子束將被分成多個獨立的離子束。調(diào)節(jié)第一速度選擇器7使得h2⁺離子束和he⁺離子束在離開第一速度選擇器7時與中軸線所成夾角為相同且兩角關(guān)于中軸線對稱。調(diào)節(jié)雙孔選束光闌8的位置使h2⁺離子束和he⁺離子束可以通過雙孔選束光闌8的孔洞，其中雙孔選束光闌8的兩個孔洞關(guān)于束流傳輸軸對稱。h2⁺離子束和he⁺離子束穿過雙孔選束光闌8后，經(jīng)過三圓筒靜電單透鏡10的作用下會關(guān)于聚焦透鏡對稱平面左右對稱，呈會聚射出進入第二速度選擇器11。被分開的h2⁺離子束和he⁺離子束在第二速度選擇器11的作用下，在出口處又重新合成一條束流，并同軸向后傳輸。其中第二速度選擇器與第一速度選擇器的電磁場大小相同，方向相反。h2⁺離子束和he⁺離子束混合束經(jīng)過一臺三圓筒單透鏡和一臺靜電導(dǎo)向器后最終打到靶13上。本實施例中離子能量為10kev～50kev，連續(xù)可調(diào)。在運行過程中，可移動單孔選束光闌9擋住一條離子束使另一條離子束通過，以測量靶13上兩種離子束的準(zhǔn)確比例。該裝置與透射電子顯微鏡聯(lián)機，用于模擬反應(yīng)堆材料中子輻照損傷的實時原位觀測。