[实用新型]ECR离子源超导磁体结构

说明书

本实用新型涉及一种ECR离子源超导磁体结构，其包括CCT线圈、DCT线圈和螺线管；所述CCT线圈和所述DCT线圈嵌套组合在一起，所述螺线管设置在所述CCT线圈和所述DCT线圈的外部；所述CCT线圈能产生六极场和螺线管场的叠加场，所述DCT线圈产生的多极场用于补足所述CCT线圈产生的六极场，所述螺线管用于补足所述CCT线圈产生的螺线管场，进而获得ECR磁体所需场型。本实用新型有效降低超导ECR磁体结构的设计难度，使复杂背景场中超导线上感受到的电磁力不产生累积效应，有效提高结构稳定性。本实用新型可以应用于许多需要复杂矢量磁场的领域。

技术领域

本实用新型涉及一种磁体结构，特别是关于一种ECR离子源超导磁体结构。

背景技术

ECR ion source即电子回旋共振离子源，它的关键组成部件是用以约束和产生离子的具有特殊磁场形状的磁体组合，具体场形是包括六极磁场和螺线管场的复合磁场。根据目前在线运行的三代ECR离子源SECRAL和LBNL的VENUS在线运行状态可以看出，ECR离子源具有非常优秀的性能表现及长寿命的特点。三代ECR 离子源因其现有结构的复杂性及制造难度大，在两款NbTi超导ECR离子源(又称第三代ECR离子源)稳定运行的近十年间，相关技术再没有其他的发展或应用扩展。

离子源是各类离子加速器所必须的重要部件，如电子加速器的电子源，它通常是利用热阴极辐射电子，再由电场引出的物理过程；而对于重离子加速器的关键部件离子源，有利用物理加热原理使离子外层电子分离的源，也有利用等离子体内的热电子轰击离子本体，使离子获得高电荷态及较高产额的源。ECR离子源即是后者，磁场强度决定了等离子体的德拜压力，即决定着该源产生高电荷态离子和高强度的截面积，也就是表征了离子源的能力。

如前所述，LBNL的VENUS磁体结构称之为传统结构，它存在的主要问题是，在磁体励磁情况下，六极线圈处于较高的螺线管背景场下，其端部会受到非常复杂的洛伦兹力，给设计团队及加工制造带来很大挑战。IMPCAS的SECRAL结构称之为传统反结构，它的优势在于有效的减小了六极线圈上的电磁力，同时却造成六极线圈的激磁效率大大降低，用线量成倍增加，此两种结构都对六极线圈的加工及最后的集成装配要求具有很高的精度及成熟的工艺支持。LBNL的Dr.D.Xie 还提出一种Closed-Loop Coil(CLC)结构的ECR磁体，该结构新颖高效，但设计及制作难度很大，造成研制经费高、项目风险高等缺点，同时内六方的温孔结构给与其配套的其他部件结构提出新的要求。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种ECR离子源超导磁体结构，其能有效降低超导磁体的复杂性和组装集成难度。降低三代ECR离子源走向民用或其它领域的壁垒。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种ECR离子源超导磁体结构，其包括CCT线圈、DCT线圈和螺线管；所述CCT线圈和所述DCT线圈嵌套组合在一起，所述螺线管设置在所述CCT线圈和所述DCT线圈的外部；所述CCT线圈能产生六极场和螺线管场的叠加场，所述DCT线圈产生的多极场用于补足所述 CCT线圈产生的六极场，所述螺线管用于补足所述CCT线圈产生的螺线管场，进而获得ECR磁体所需场型。

进一步，所述CCT线圈由电磁线和第一圆柱筒状骨架构成；所述第一圆柱筒状骨架表面设置有骨架翅片，相邻所述骨架翅片之间形成凹槽，所述电磁线均匀镶嵌在相邻所述骨架翅片的所述凹槽内。

进一步，所述DCT线圈由电磁线和第二圆柱筒状骨架构成，所述第二圆柱筒状骨架表面设置有骨架翅片，所述电磁线均匀嵌设在相邻所述骨架翅片的所述凹槽内。

进一步，所述骨架翅片是由所述圆柱筒状骨架上开槽后槽间剩余骨架构成，开槽路径是依据物理磁场要求所确定的电流线路路径。

进一步，所述电磁线为NbTi超导线、Nb3Sn、MgB2、YBCO、B2223或B2212 应用级的超导线材、带材或缆。