[实用新型]一种用于同位素电磁分离器的离子源的聚焦电极

说明书

技术领域

本实用新型属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种用于同位素电磁分离器的离子源的聚焦电极。

背景技术

电磁分离方法在同位素分离领域具有不可或缺的地位，电磁分离法是利用能量相同、质量不同的离子在横向磁场中旋转半径不同实现同位素分离的。同位素电磁分离器就是采用电磁分离方法分离得到同位素的设备。待分离的离子束从同位素电磁分离器的离子源中射出，经同位素电磁分离器中的磁场分离，再被接收装置接收，完成同位素的分离工作。

Calutron离子源属于强流离子源的一种，在美国曼哈顿计划期间被实用新型并用于分离铀同位素。随着铀同位素的分离被其他分离方法取代后，Calutron离子源被用于分离其他元素的同位素。

在Calutron离子源的工作中，打火现象与暗电流非常常见并对离子源的性能及束流品质有不可忽视的影响。待分离原料的气体在离子源中被电离成等离子体后，通过引出电极将其中的离子引出形成离子束。引出电极的打火能改变其形状、布局，直接影响到束流的品质，如束流的张角、发射度、能散度等等。离子源中的打火也会影响到离子源的工作状态。

不同形状的Calutron离子源，引出电极具有不同的外形。比较典型的两种外形的离子源为美国和俄罗斯的Calutron离子源。美国的Calutron离子源由于四周存在地电位的金属屏蔽，引出电极能做小而不影响束流。俄罗斯的Calutron离子源不存在屏蔽的金属盒，阳极电位容易影响到束流，因此引出电极做得较大。我国的Calutron离子源的外形结构与俄罗斯的离子源接近。Calutron离子源的引出电极为三电极结构，如图1所示，包括引出缝电极、聚焦电极和接地电极，其中聚焦电极位于引出缝电极与接地电极之间。

在Calutron离子源用于分离易电离的原料时，较大的聚焦电极存在一系列问题，干扰束流的品质，主要表现在以下几个方面：

第一，聚焦电极容易出现频繁打火的现象。

早期我国电磁分离器上用的Calutron离子源的聚焦电极为不锈钢一体成型。频繁的打火直接导致聚焦电极的引出缝的缝口过热熔融而变形，使其较大地偏离聚焦电极的尺寸设计。

第二，聚焦电极容易出现暗电流(20mA左右，甚至超过20mA)。

离子源在出气较多的情况下暗电流较大。暗电流将导致聚焦电极被欧姆加热，在不采取水冷的情况下会变形。然而，聚焦电极一般处于高电位，实施水冷会增加技术上的难度和离子源的复杂性。因此，不期望暗电流出现。

实用新型内容

针对传统的聚焦电极存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够防止因暗电流的打火而造成变形损坏的聚焦电极。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是一种用于同位素电磁分离器的离子源的聚焦电极，设置在所述离子源的弧放电室外侧的引出电极中，所述引出电极包括引出缝电极和接地电极，所述引出缝电极靠近所述弧放电室；所述聚焦电极设置在所述引出缝电极、接地电极之间，包括支撑板和设置在所述支撑板上的缝口面板，设置在所述缝口面板上的用于引出离子束的引出缝，其中所述缝口面板采用高纯石墨制作。

进一步，所述缝口面板上的所述引出缝向靠近所述引出缝电极一侧凹陷。

进一步，所述支撑板与所述缝口面板连接的部分为凹陷结构，所述凹陷结构向靠近所述引出缝电极一侧凹陷。

进一步，所述支撑板在所述缝口面板周围的部分为镂空结构。

更进一步，所述支撑板采用不锈钢制作。

进一步，所述支撑板上设有若干透气孔。

本实用新型的有益效果在于：

1.缝口面板采用高纯石墨制作，在频繁打火的情况下，缝口面板不会变形，从而保证了缝口面板上的引出缝不会变形和损坏，提高了引出缝电极的寿命(寿命从1个月提升到超过1年)。

2.通过引出缝的凹陷设计，以及支撑板的凹陷结构和镂空结构，降低了聚焦电极周围暗电流的大小(从20mA降低到10mA),明显改善了离子源的工作状态，降低了打火频率，保证了同位素分离的顺利进行。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中所述聚焦电极与所述离子源的安装示意图；

图2是本实用新型具体实施方式中所述聚焦电极的前视图；

图3是本实用新型具体实施方式中所述聚焦电极的侧视图；

图4是本实用新型具体实施方式中所述引出缝面板的前视图；

图5是本实用新型具体实施方式中所述引出缝面板的剖视图；