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负氦离子束产生技术研究
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作者 陈浩南 崔保群 +9 位作者 唐兵 陈立华 马瑞刚 马鹰俊 马燮 张一帆 赵建革 王云峰 杨超 于荣凯 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第1期205-212,共8页
串列加速器可产生MeV级的正离子束,其中He离子束可用于离子束分析、离子注入等实验研究和工业应用,是串列加速器不可或缺的一种离子束流。串列加速器要求负离子注入,负氦离子束是串列加速器产生MeV级He离子束的关键。由于基态He原子电... 串列加速器可产生MeV级的正离子束,其中He离子束可用于离子束分析、离子注入等实验研究和工业应用,是串列加速器不可或缺的一种离子束流。串列加速器要求负离子注入,负氦离子束是串列加速器产生MeV级He离子束的关键。由于基态He原子电子亲合能小于0,无法直接在离子源中产生和引出He-离子束,只能通过连续两次的电荷交换产生,所以He^(-)离子束被认为是最难产生的负离子束之一。针对串列加速器He^(-)离子的注入需求,研究设计了一款负氦离子源,使用多峰会切场离子源电离产生He^(+)离子,注入电荷交换器中,通过电荷交换产生He^(-)离子束。模拟了多峰会切场离子源的磁场位形和粒子轨迹,验证了多峰场构型对电子约束的作用,能维持离子源稳定放电。设计了电荷交换器结构,考虑了热平衡状态时的温度分布,确保了金属Cs作为电荷交换介质的长期稳定运行。基于中国原子能科学研究院1.7 MV串列加速器低能束流线平台开展了产生负氦离子束的实验,优化了离子束的聚焦传输参数,测量了电荷交换器工作温度和He^(+)离子注入能量对He^(-)离子产率的影响。实验中测得最大He^(-)离子产率为1.76%±0.03%,调节离子源放电参数得到了最大1.5μA的He^(-)离子束流,基本满足串列加速器的注入需求。后续进一步改进离子源,增强放电强度,提高引出He^(+)离子流强,有望进一步提升He^(-)离子流强。该研究为国产负氦离子源的发展提供了重要技术支持,对实现串列加速器技术的自主可控具有重要意义。 展开更多
关键词 负氦离子束 离子源 电荷交换 负氦离子产率
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