[发明专利]一种双层孔离子引出和加速装置

说明书

本发明提供一种新型双层孔离子引出和加速系统，该系统为圆柱状结构，包括阴极、第一阳极和第二阳极，整体系统沿圆柱中心轴为旋转对称结构，阴极与第一阳极之间通过第一绝缘介质隔离，第一阳极与第二阳极之间通过第二绝缘介质隔离；从系统的中心剖面来看，阴极围成了等离子体区，等离子体区为矩形，阴极在靠近第一阳极的边界中心处设置有第一引出孔；第一阳极的中心位置处设置有第二引出孔；第一阳极和第二阳极之间形成离子加速区，离子加速区为真空区；等离子体区的离子经第一引出孔和第二引出孔引出，然后经过离子加速区加速后打到第二阳极上。本发明具有显著提高离子源引出离子和到靶离子流强度以及改善到靶离子流时间波形的益处。

技术领域

本发明属于离子源中离子的引出和传输技术领域，具体涉及一种新型双层孔离子引出和加速装置。

背景技术

等离子体离子源在工业上有着良好的应用前景。其中潘宁离子源由于具有结构和供电简单、使用寿命长等特点，因而在爆炸物探测、石油测井、地质和矿物勘探等许多领域得到了广泛的应用。

在从离子源引出离子的过程中，如何尽可能多地提高离子源引出离子束流的强度并保证其加速后在靶上分布的均匀性等，一直是离子源研究的重要方向之一。

离子引出和加速系统与离子源相连，通过系统中电极间的电场作用，离子从离子源的引出口引出后，在加速区获得能量，最后轰击到靶上。合理设计引出和加速系统对离子源性能的提升非常重要。通过对潘宁离子源的离子引出和加速系统的研究表明，离子源引出孔的大小和形状的变化对离子发射面形状、离子轨迹、离子引出到靶电流均有一定影响，其中引出孔厚度越小，引出和到靶电流强度越高。但由于引出孔大小，尤其是引出孔的厚度可能受到实际物理因素的限制，因此调节范围受到限制。

目前常规的离子引出和加速系统一般采用单层孔结构，对于引出孔厚度较大的离子源，在离子源强度一定的情况下，该单层孔结构引出离子以及到靶离子流强度可能达不到预期值。

因此，对于现有离子引出和加速系统做进一步的改进有重要应用价值。

发明内容

本发明之目的提供了一种双层孔离子引出和加速装置，其目的是针对引出孔厚度较大的离子源，利用该结构提高离子源引出离子和到靶离子流强度。

本发明提供一种双层孔离子引出和加速装置，该系统为圆柱状结构，包括阴极、第一阳极和第二阳极，所述阴极、第一阳极和第二阳极沿圆柱中心轴为旋转对称结构，所述阴极与所述第一阳极之间通过第一绝缘介质隔离，所述第一阳极与第二阳极之间通过第二绝缘介质隔离；其中，从系统的中心剖面来看，

所述阴极围成了等离子体区，所述等离子体区为矩形，所述阴极在靠近所述第一阳极的边界中心处设置有第一引出孔；

所述第一阳极的中心位置处设置有第二引出孔；

所述第一阳极和第二阳极之间形成离子加速区，所述离子加速区为真空区；

所述等离子体区的离子经所述第一引出孔和第二引出孔引出，然后经过所述离子加速区加速后打到所述第二阳极上。

优选地，所述等离子体区由气体放电产生或直接加载产生。

优选地，所述第一引出孔和第二引出孔均为圆柱形孔，并且圆柱形孔的中心轴与整个系统的中心轴重合。

优选地，所述阴极上靠近所述第一阳极的边界厚度远小于所述第一阳极的厚度。

优选地，所述第一引出孔和第二引出孔的半径相同。

优选地，所述阴极为接地电极，电位U_c为0V。

优选地，所述第一阳极和第二阳极均施加负偏压，所述第一阳极的电位为U1，所述第二阳极的电位为U2，其中，U10，U20，U1U2，U1的绝对值远小于U2的绝对值。