[发明专利]一种高功率强流离子源四电极支撑座组件

说明书

本发明属于一种高功率离子源技术领域，具体涉及一种高功率强流离子源四电极支撑座组件；该组件主要包括四个大尺寸电极法兰，三个带有数条细缝结构的电极支架，三个PEEK绝缘腔。每两个法兰之间有一个绝缘腔，法兰通过O型氟橡胶密封圈与绝缘腔配合构成两端开口的真空密封绝缘腔。该电极栅支撑座组件采用了将四层电极法兰、绝缘腔以及支撑架通过密封圈密封组装之后，再次对四层支撑面进行平行度修正的方法，可以使每层电极支撑面之间的平行度达到0.04mm以内，有效降低了多个工件装配公差，降低了电极间场强的非均匀性；增大了电极系统的抽口面积，降低了电极栅层与层之间的真空度，降低高功率离子源引出期间的电击穿概率。

技术领域

本发明属于一种高功率离子源技术领域，具体涉及一种高功率强流离子源四电极支撑座组件。

背景技术

离子源是使中性原子或分子电离，产生等离子体，并从中引出离子束流的装置。它是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备的不可缺少的部件。离子源通常来说主要由等离子体发生器和电极系统组成。用于受控核聚变装置中的中性束注入器离子源的束能量范围40keV-1MeV，束流强度一般是几十安培量级范围，由此中性束离子源体积大，束流引出面积大，结构复杂。当束能量大于60keV时，为了更好地引出数十安培的离子束，强流离子源通常采用四层电极系统，如图1所示，面对等离子体的为第一电极(又可称为等离子体电极)，依次向下，第二层为第二电极(梯度极)，第三层为抑制极，第四层为地电极。第一第二电极之间电场用来引出离子束,第二第三电极主要用来加速离子形成高能离子束，第三第四电极之间的电场用来抑制出口区域的电子返流。对于引出面积大于几十平方厘米以上的多层电极栅板，为了得到强流离子束，需要在电极栅板制作出数百个小圆孔型或者数十个狭缝型结构的离子束引出孔。为了满足离子束引出的物理理论需求，每层电极栅之间的距离在毫米量级范围，在毫米量级的间隙内加载上几十千伏的高电压，同时保证电极不发生高电压击穿现象，这就需要多层电极栅板之间的电场强度均匀一致性好，由此对每层电极栅之间的平行度要求极高，一般需要在0.1mm以内，另外，电极区域的真空度也需要低于0.1Pa。

本发明涉及的高功率离子源大尺寸电极支撑座组件，是用来支撑离子源上的多层电极栅板，并提供水冷通道，同时将四层电极的电位绝缘隔离。它主要包括电极法兰，电极支撑架，绝缘环等几个部件。目前，小型离子源电极支撑系统中的绝缘环多数选择圆形陶瓷筒通过可法焊接到不锈钢法兰上，这种结构不适用于矩形截面的大尺寸绝缘腔上。目前合肥EAST托卡马克中性束离子源电极绝缘环采用的是环氧材料，利用粘接工艺完成与电极法兰的密封连接，这对粘接精度要求非常极高，为了保证一定的粘接强度，粘接后不允许进行再次加工，由此很可能导致每层法兰上装配面的平行度超差，由此导致电极栅板层与层之间的平行度较差，无法实现高参数运行。另外，根据高电压击穿原理可知电击穿现象还与真空度密切相关，真空度越低，发生电极穿的概率越小。目前离子源电极系统的真空度取决于电极绝缘与密封材料的真空放气率和电极栅进口的进气量与出口处的抽气量等几个因素，为了保持较低的真空度，抽气系统的动态抽速要求较高，如果是多个离子源同时工作，抽气系统的抽速要达到数十万升每秒的超高速抽气系统，造价非常昂贵。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种高功率强流离子源四电极支撑座组件。

本发明的技术方案是这样：

一种高功率强流离子源四电极支撑座组件，包括：第一法兰、第一绝缘腔、第二法兰、第二绝缘腔、第三法兰、第三绝缘腔、第四法兰、第二电极支架、第三电极支架、第四电极支架，第一电极栅、第二电极栅、第三电极栅、第四电极栅；