一種靜電加速器的加速電極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明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。
【背景技術(shù)】
[0002]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(shí)驗(yàn)、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。
[0003]靜電加速器所能提供的加速電壓不會(huì)很高，最高為十幾MV。宄其原因，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(diǎn)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(zhǎng)度增加而線性增加。
[0004]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(huì)出現(xiàn)少量電子或離子，它們被加速后打到電極上會(huì)濺射出較多的次級(jí)電子和離子；而后次級(jí)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(dá)到某一閾值后，次級(jí)電子立即發(fā)生雪崩式的增加，進(jìn)而引起加速管內(nèi)不完全擊穿。此外，產(chǎn)生的大量次級(jí)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)。
[0005]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(chǎng)加速管及在加速管上增加抑制次級(jí)電子的磁場(chǎng)等措施，如采用金屬-陶瓷焊接直場(chǎng)小孔徑加速管，在斜場(chǎng)加速管上安裝永磁鐵等方式加以應(yīng)對(duì)，均能較為有效的抑制電子負(fù)載。
[0006]但上述措施的采用會(huì)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(duì)靜電加速器形成一些不利影響，同時(shí)也提高了加速結(jié)構(gòu)的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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(jiǎn)化加速結(jié)構(gòu)，避免對(duì)靜電加速器形成不利影響，并降低加速結(jié)構(gòu)成本，本發(fā)明提供了一種靜電加速器的加速電極。
[0008]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多90°，所述橢圓錐面所在橢圓錐的最小圓錐角多90°，所述棱錐面的各側(cè)面與束流運(yùn)動(dòng)軸的銳角夾角多45°。
[0009]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。
[0010]所述棱錐面優(yōu)選為三棱錐面或四棱錐面。
[0011]當(dāng)所述錐面結(jié)構(gòu)為棱錐面時(shí)，棱錐面的各側(cè)面與束流運(yùn)動(dòng)軸的銳角夾角可以不同。
[0012]本發(fā)明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。
[0013]本發(fā)明采用了帶有錐面結(jié)構(gòu)的靜電加速器加速電極，其對(duì)被加速束流的聚焦作用雖然較弱，但對(duì)引起全電壓效應(yīng)的電子和離子的聚焦、散焦作用明顯。對(duì)于與加速束流同向運(yùn)動(dòng)的二次電子或離子，由于其能量低，會(huì)受到較強(qiáng)的聚焦作用，因此經(jīng)加速后會(huì)遠(yuǎn)離電極，抑制了多個(gè)電極之間的級(jí)聯(lián)碰撞濺射造成的雪崩效應(yīng)。對(duì)于與加速束流反向運(yùn)動(dòng)的二次電子或離子，由于其能量低，會(huì)受到較強(qiáng)的散焦作用，因此經(jīng)加速后很快會(huì)被電極攔截；也因?yàn)槟芰康偷木壒?，所以其被攔截時(shí)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)。
[0014]本發(fā)明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?，?duì)反向加速的束流提供散焦力，在抑制“電子負(fù)載”和“全電壓效應(yīng)”的同時(shí)，避免了被加速粒子的損失；同時(shí)其加速結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加速結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)或改造成本，且不會(huì)對(duì)靜電加速器形成不利影響。
【附圖說明】
[0015]圖1本發(fā)明的靜電加速器的加速電極示意圖(圓錐面電極板)。
[0016]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(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0018]實(shí)施例1
[0019]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°。
[0020]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(duì)50keV的質(zhì)子束進(jìn)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，證明本發(fā)明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(shí)，“電子負(fù)載”和“全電壓效應(yīng)”也得到了很好的抑制。
[0021]實(shí)施例2
[0022]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(yùn)動(dòng)軸的銳角夾角均為60°。
[0023]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(duì)50keV的質(zhì)子束進(jìn)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，證明本發(fā)明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(shí)，“電子負(fù)載”和“全電壓效應(yīng)”也得到了很好的抑制。
[0024]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。
【主權(quán)項(xiàng)】
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多90°，所述橢圓錐面所在橢圓錐的最小圓錐角多90°，所述棱錐面的各側(cè)面與束流運(yùn)動(dòng)軸的銳角夾角多45°。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電加速器的加速電極，其特征在于: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。
3.如權(quán)利要求1所述的靜電加速器的加速電極，其特征在于:所述棱錐面為三棱錐面或四棱錐面。
4.如權(quán)利要求1所述的靜電加速器的加速電極，其特征在于:當(dāng)所述錐面結(jié)構(gòu)為棱錐面時(shí)，棱錐面的各側(cè)面與束流運(yùn)動(dòng)軸的銳角夾角可以不同。
【專利摘要】本發(fā)明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(jiǎn)化加速結(jié)構(gòu)，降低加速結(jié)構(gòu)成本，本發(fā)明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)明的靜電加速器的加速電極能夠?qū)φ蚣铀俚氖魈峁┚劢沽?，?duì)反向加速的束流提供散焦力，在抑制“電子負(fù)載”和“全電壓效應(yīng)”的同時(shí)，避免了被加速粒子的損失；同時(shí)其加速結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加速結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)或改造成本，且不會(huì)對(duì)靜電加速器形成不利影響。
【IPC分類】H05H5-02, H05H5-04
【公開號(hào)】CN104582230
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410759424
【發(fā)明人】李金海, 韓廣文
【申請(qǐng)人】中國原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日