[实用新型]产生虚拟过滤磁场的磁铁结构

说明书

技术领域

本实用新型属于加速器技术领域，具体涉及一种产生虚拟过滤磁场的磁铁结构。 

背景技术

离子源是加速器重要的组成部件，用于提供带电离子，例如H^-离子。H^-离子是由热灯丝发射的高能电子在弧压加速下与氢气分子或氢原子相互碰撞产生的。增加电子与氢气分子或氢原子反复碰撞最有效的方法是用磁场对电子进行约束，而且气体被激发后形成的等离子体通常也要用磁场约束。图1所示是一种能够提供H^-离子的离子源，其主体由圆筒状的外腔和内腔组成，在内腔和外腔之间固定有永磁铁，在内腔和外腔上方设置上盖，上盖上固定有灯杆和灯丝，灯丝发出的高能电子向下输出。为了有效约束腔体中的等离子体，提高中心轴附近的等离子体密度，我们采用多峰磁场结构，离子源主体的截面图所显示的磁铁布局如图2所示。 

对于多峰场负氢离子源而言，离子源等离子体腔由上到下分为高温放电腔和低温离子引出区两部分。在高温放电腔中，热灯丝发射的能量大于10eV的快电子在弧压加速下与氢气分子或氢原子相互碰撞产生高能激发态的H₂^*。高温激发态的H₂^*与1eV的慢电子在放电腔中相互作用产生H^-，此反应称为离解吸附反应。 

高温放电腔和低温离子引出区被过滤磁场分割成两部分，过滤场的作用是保证放电腔中的慢电子进入到引出区以便于产生负氢离子，同时阻止快电子进入到引出区破坏已形成的负氢离子。它是多峰场负氢离子源极为关键的一环，它的结构直接影响着负氢离子的产额。传统的过滤磁场是在等离子体腔体中，靠近引出口的位置插入水冷的导磁棒，以形成过滤电子的二级磁场。这种传统的结构深入等离子腔中，吸收一定的等离子体能量，降低了负氢产额，而且磁场偏小，不能充分过滤快电子。因此，现有技术存在缺陷，需要进行改进。 

实用新型内容

(一)实用新型目的 

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够产生虚拟过滤磁场的磁铁结构。 

(二)技术方案 

为达到上述目的，本实用新型的技术方案以如下方式实现： 

一种产生虚拟过滤磁场的磁铁结构，包括设置于多峰场负氢离子源圆筒状内腔和外腔之间的永磁铁阵列，所述永磁铁阵列包括间隔设置的径向磁铁阵列和切向磁铁阵列，所述径向磁铁阵列的每一列由6块永磁铁组成，其特征在于：所述切向磁铁阵列的每一列由5块永磁铁组成，其位置与所述径向磁铁阵列的上面5块磁铁相对应；所述径向磁铁阵列中包括两块相对的最底层的第一磁铁，所述第一磁铁的极性与同一阵列中其他径向磁铁的极性翻转；所述第一磁铁两侧设置有相同极性的第二磁铁和第三磁铁，所述第一磁铁上方设置有与其极性相反的第四磁铁；所述第二磁铁和第三磁铁的上方分别设置有与第一磁铁极性相同的第五磁铁和第六磁铁。 

(三)有益效果 

本实用新型提供的技术方案，设计了新型磁铁布局，形成一个横向的强度、厚度适中的虚拟过滤磁场，能够良好地过滤快电子。 

附图说明

图1是多峰场负氢离子源装置的结构图，其中1等离子体腔、2内腔、3永磁铁阵列、4外腔、6上盖、7灯杆、8灯丝、9吸极； 

图2是多峰场负氢离子源装置内永磁铁布置的截面示意图，其中3a径向磁铁阵列、3b切向磁铁阵列； 

图3是现有技术中多峰场负氢离子源装置的磁铁及其极性布局示意图； 

图4是第一个实施例中的磁铁及其极性布局示意图； 

图5是第二个实施例中的磁铁及其极性布局示意图； 

图6是第三个实施例中的磁铁及其极性布局示意图； 

图7是本实用新型的装置所产生的虚拟过滤磁场，其中横轴为位置坐标，纵轴为磁场强度。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例做进一步说明。 

第一个实施例，如图4所示，一种产生虚拟过滤磁场的磁铁结构，包括设置于多峰场负氢离子源圆筒状内腔2和外腔4之间的永磁铁阵列3，所述永磁铁阵列3的每一列由6块相同的永磁铁组成，所述永磁铁阵列3包括间隔设置的径向磁铁阵列3a和切向磁铁阵列3b， 其关键在于：将每个切向磁铁阵列3b的最底层磁铁去掉，将两条相对的最底层的径向磁铁替换为极性翻转的第一磁铁301，以增强过滤磁场的强度。 

第二个实施例，如图5所示，作为一种优选，在所述第一磁铁301底部两侧加入相同极性的第二磁铁302和第三磁铁303，以增强过滤磁场的强度。