[发明专利]电阻触发式真空弧离子源装置

说明书

技术领域

本发明涉及离子源技术领域，具体地，涉及一种电阻触发式真空弧离子源装置。

背景技术

离子源是产生离子的装置，是离子注入、离子加速器等应用最重要的部件之一。触发真空弧离子源是一种对能实现更剧烈放电、更高流强和更充分电离的真空弧离子源形式。

目前产生真空弧的方式有高压真空击穿、高压沿面放电、激光触发、低压起弧等，真空弧的触发方式决定了离子源能否顺利被触发进而工作，又决定了离子源装置的工程实现难度和工作可靠性。目前一般多采用高压沿面放电的触发方式，但这种方式需要采用两套功率源供电，一套给阴极-阳极供电，一套给触发极供电，多出一路功率系统会增加离子源的结构复杂程度、体积重量和成本，或者功率源的复杂性。在体积等方面有严格限制的器件内，有时不得不牺牲离子源的性能，从而放弃触发离子源相比单独放电离子源的性能优势。而采用触发电阻触发起弧只需要单路功率即主放电功率馈入就可以实现真空弧离子源的自动触发和熄灭，能够解决两套功率系统引起的上述问题。电阻自触发只需要一路功率馈入，通过触发电阻控制触发回路，实现触发电极与阴极之间的短脉冲放电，在阴极与阳极之间注入带电粒子，随后点燃阴极与阳极之间的主脉冲放电，触发放电自动结束，实现离子源的触发功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种触发电阻内置的电阻触发式真空弧离子源装置，该装置结构紧凑，可靠性高。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

电阻触发式真空弧离子源装置，包括阳极、阴极、触发极、阴极-触发极绝缘件、触发电阻以及连接在阴极下端的阴极固定导电接头，其中，阳极由中空圆筒状的阳极支撑体和连接在阳极支撑体上端的环形阳极构成，触发电阻、触发极、阴极-触发极绝缘件和阴极从外至内依次设置在阳极支撑体内。现有技术中，电阻触发的离子源的触发电阻外置在离子源装置外部，其一般采用引线与离子源装置连接，发明人在平常的工作和研究中发现，这种电阻外置的方式有很多不足，不仅需要触发电阻额外的安装空间，在离子源装置的引线端尺寸相应增大，增大整个装置体积，并且外置电阻的绝缘可靠性和连接性都较差，以及影响触发回路电参数等问题，因此发明人提出了本方案中的内置电阻的离子源装置，在该装置中，发明人并不是直接将触发电阻放置在离子源装置内部，而是巧妙地将电阻设置在触发极和阳极之间，既进行电阻触发，又充当触发极和阳极之间的绝缘体，节省了整个装置的空间，同时解决了上述外置电阻带来的种种问题。

作为本发明的进一步改进，上述阴极和阴极固定导电接头设置在阳极的中心轴线上，上述阴极-触发极绝缘件包覆在阴极和阴极固定导电接头外，且阴极-触发极绝缘件的上端面低于阴极的上端面；上述触发极由包覆在阴极-触发极绝缘件外的触发极支撑体和连接在触发极支撑体上端的环形触发极构成，环形触发极下端面还与阴极-触发极绝缘件上端面相连，且环形触发极的内圆周面与阴极之间设置有间隙；上述触发电阻为中空圆柱体，其外壁与阳极支撑体的内壁相连；触发电阻的内壁与触发极的外壁相连。前述环形触发极的内圆周面与阴极之间的间隙即阴极和触发极的放电区域，电压加压时首先在该间隙下方的阴极-触发极绝缘件的上端面发生沿面击穿，导通阴极和触发极。本方案中，触发电阻内置在离子源装置中，不需要在离子源装置外多接出一个引线用于连接触发电阻，降低引线端尺寸、节省安装空间，增强可靠性，降低设计难度。触发电阻本身具有在阳极和触发极之间的绝缘作用，因此不必另外设置阳极和触发极的绝缘件，减少了器件体积和重量，降低了整个离子源的复杂性，使得结构更紧凑。

进一步，上述阴极-触发极绝缘件由第一绝缘件和位于第一绝缘件下端的第二绝缘件构成，第一绝缘件和第二绝缘件均呈中空圆柱状，且内径相同、中心轴重合，第一绝缘件外径小于第二绝缘件；上述触发极支撑体的内圆周面与第一绝缘件的外圆周面相连，上述环形触发极连接在第一绝缘件上端；上述触发电阻和触发极支撑体的下端面均连接在第二绝缘件的上端面上。本方案中，阴极-触发极绝缘件采用两个外径不同的绝缘件构成，其第一绝缘件主要起绝缘作用，第二绝缘件主要是便于装配设置，可以将触发极和触发电阻均连接在其上，便于所有部件均紧密配合，节省安装空间，而且固定整个离子源装置时只需要固定阳极和阴极-触发极绝缘件即可。

进一步，上述第二绝缘件的内圆周面与阴极固定导电接头相连，外圆周面连接在阳极支撑体的内壁上。

进一步，上述触发电阻至上而下内径逐渐变大，上述触发极支撑体和环形触发极的外径均自上而下逐渐变大，使得触发电阻、触发极在阴极-触发极绝缘件和阳极上装配更加容易，降低设计难度。