低能强流离子注入机实验装置简介

低能强流离子注入机实验装置简介3.1仪器的整体结构：图3.1 仪器实物图该图为本论文所使用的仪器的整体实物图，如下图示意图所示，该仪器从头到尾依次为离子源，引出系统，聚焦透镜，速度选择器，聚焦透镜，X-Y 偏转系统，聚焦透镜，波恩管，靶室。下文依次介绍各个部件图3.2 仪器示意图3.2离子源及引出系统图3.3 离子源实物图离子源是加速器的重要部件，它的功能是将样品物质电离成带电的原子离子或分子离子。离子源应具有电离效率高，聚焦性能好，离子初始能量发散小，传输效率高，离子流稳定等特点。图3.4 离子源及引出剖面示意图如图所示，离子源内部为真空环境，其内部带有环状灯丝。由样品入口将气体导入，通过加大灯丝电流，由灯丝阴极发射出电子。从阴极发射的电子通过中空的阳极被加速，到达对阴极之前又被减速并反向加速，电子在阴极-阳极-对阴极之间来回振荡，在轴向磁场的作用下作螺旋进动，并在空间上被磁场约束在轴线附近，不致扩散阳极边缘，从而使电子可以经历很长的路程，使气体碰撞游离的几率大大增加。当电子通过电离盒射向阳极时，具有一定能量和几何形状的电子束不断轰击样品气体，可使通入的气体发生电离，产生包括正离子在内的各种产物，正离子被引出极引出离子源。大部分样品气体和电子，离子产物被离子源的真空泵不断抽走。离子源四周带有环形磁场，灯丝与源磁铁之间为绝缘状态。环形磁场可以约束内部离子沿螺旋轨迹前进，增加样品气体与电子束的碰撞机会，提高电离几率，进而提高离子产生率。当样品气体在离子源内被大量电离时，由于引出极与灯丝间有150V的起弧电压差，在电场作用下，大量正离子被引出，同时赋予离子一定的初速度。由于引出口的大小问题，在正离子被导出引出极时，会有大量离子打在引出板上，产生起弧电流。3.3电聚焦图3.5 电聚焦实物图图3.6 电聚焦剖面示意图如图所示，被引出极引出的大量正离子，在出引出极时其方向为向四周发散。在进入电聚焦后，在通有高压的两块电聚焦板所产生的电场作用下，原本大量发散的正离子在电聚焦板之间先扩散开再向中间被汇聚成一束正离子束，再将其从电聚焦孔中引出。而更多离子则打在聚焦板上产生电流。3.4速度选择器图3.7 速度选择器实物图图3.8 速度选择器剖面示意图图3.9 速度选择器剖面示意图速度选择器是加速器的重要组成部分。如图所示，在平行板器件中，分布有相互垂直的电场强度E和磁场强度B，当离子束进入平行板后，收到电场力和磁场力的共同作用。F电场力=E速度选择器q=F磁场力=Bqv即E速度选择器=Bv根据上式F=E引出q=mv2，则v= v=所以E速度选择器=其中由于本次调试只加入氢气，只产生H+ H2+ H3+，所以公式中B，q为常数。因此只要引出电压一定就可以根据速度选择器的电压来筛选出具有一定质量的氢离子。3.5偏转电极图3.10 偏转电极实物图图3.11 偏转电极剖面示意图偏转电极就是两个简单的相互独立的电场，一个电场方向为水平方向，另一个则为垂直方向，通过控制电压来控制电场大小。当离子束在进入偏转电极后，就可以通过改变两个电场的电压来改变离子束的方向。3.6靶室图3.12 靶室实物图图3.13 靶室整体及剖面示意图靶室时进行“打靶”的地方。在实验中一般会事先在靶室中放置各种靶材料，当离子束进入靶室后便轰击到靶上，完成“打靶”过程。但本实验为仪器的安装与调试，因此没有放入靶材料，取而代之的是用法拉第筒来测量束流强度。3.7真空系统该注入机所用真空泵为欧瑞康莱宝D8C, D16C, D30C, D40C, D60C双级油封式旋片真空泵下图为真空泵的装置示意图和技术参数。图3.14真空泵剖面示意图图3.15真空泵的技术参数3.8外