[实用新型]一种可消除杂质的双离子束加速器装置

说明书

技术领域

本实用新型属于粒子加速器技术领域，特别涉及一种可消除杂质的双离子束加速器装置。

背景技术

离子加速器是产生、加速各种离子并将加速后的离子束传输到靶上的一种装置。加速器一般由离子源、加速段、束流传输段、束流分析等元件组成。离子源将原子或者分子电离形成带电离子，并将带电离子引出形成离子束。为了保证靶上的束流纯度，束流线上通常还需要采用质量分析器对离子束进行分析、筛选。这种带有质量分析的加速器一般只能传输一种离子束，现有技术一般也都是实现一种离子的加速及传输。但是，在某些特殊条件下，需要靶上同时注入两种或者多种不同的离子。通常采用的办法是研制多台加速器，每台加速器传输一种离子束，采用多台加速器同时供束的方式实现靶上多种离子束的同时注入。但采用这种方式，由于加速器的空间布局，各离子束之间具有一定的夹角，不能实现同轴注入。同时，采用这种方法需要多台加速器，导致研制费用较高。

若不采用多台加速器，而采用一台加速器同时产生多种离子束，束流线采用静电元件，可以实现多种离子束的同轴传输和同轴注入。但是，同轴传输的多离子束装置不具备束流分析的能力。然而，尽管向离子源通入高纯气体，通常情况下，受到真空剩余气体和离子源出气的影响，离子源引出的离子束总会带有其它杂质离子，如N₂⁺、O₂⁺、H₂O⁺等离子束。特别是对于小进气量的条件下，离子源引出束流的杂质含量可能高达20％。用于单离子束的加速器装置通常采用一台质量分析器将不同质量的离子束分开，再采用一个单孔选束光阑挑选所需要的离子束，而其它杂质离子则将被选束光阑拦截。而且，经磁分析器后，不同质量的离子束会形成一定夹角，质量不同的离子束通过质量分析器时将沿着不同的方向传输，不能同轴注入到靶上。采用常规的质量分析方法不适用于双离子束的分析。因此既能保证两种离子束同轴注入，又能保证注入离子束纯度的双离子加速器的研发，是本领域技术人员所渴望解决的一个技术难题，这对多离子加速领域具有重要意义。

发明内容

(一)发明目的

本实用新型克服了现有技术在处理两种或者多种离子时，每台加速器只能提供一种离子束、研制费用较高、各离子束注入方向不完全相同的不足，提供了一种既能够保证束流的纯度，又能低成本的实现了两种不同质量的离子束的产生及同轴注入的可消除杂质的双离子束加速器装置。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种可消除杂质的双离子束加速器装置，该装置包括进气系统、离子源、束流传输元件和靶；束流传输元件包括杂质消除系统和后端束流传输元件；杂质消除系统由第一质量分析器、双孔选束光阑、聚焦透镜和第二质量分析器组成，其中第一质量分析器和第二质量分析器结构相同，电场、磁场设置方向相反，进气系统、离子源、第一质量分析器、双孔选束光阑、聚焦透镜、第二质量分析器、后端束流传输元件和靶分别按离子束传输方向顺序设置。

进一步，所述进气系统由气瓶，气管和气体质量流量计组成。

进一步，所述后端束流传输元件全部为电元件。

进一步，所述双孔选束光阑和聚焦透镜之间设置有可移动单孔选束光阑。

进一步，所述质量分析器为二极分析磁铁。

进一步，所述质量分析器为速度选择器。

进一步，所述聚焦透镜为左右对称的聚焦透镜。

进一步，所述聚焦透镜为左右对称的透镜组。

进一步，所述聚焦透镜为三圆筒静电单透镜。

进一步，所述聚焦透镜为三单元四极透镜组。

(三)有益效果

本实用新型结构简单，其中气体质量流量计可实现两种离子束比例的自由调节，易于操作；离子源可同时产生两种离子束，节约时间成本和研制费用成本，解决了从一个离子注入口同时、同轴注入两种离子的难题；杂质消除系统可去除两种不同质量离子束中的其它杂质离子，保证靶上纯度好于99.9％；单孔选束光阑可以实现运行过程中靶上离子束比例的准确测量；本实用新型实现了双离子束加速中离子比例可控且控制精度高，离子束纯度高，研制费用低等优点。

附图说明

图1可消除杂质的双离子束加速器结构示意图