浅析强流离子源四电极引出系统的离子透镜.pdfVIP

2012年 10月 枣庄学院学报 Oct．20l2 第29卷 第5期 JOURNA[OFZA0ZHUANGUNIVERSITY Vo!．29N0．5 浅析强流离子源四电极引出系统的离子透镜 田中俊 ( 门学院 光电1程学院，Ih尔 枣n 277160) [摘 要]本文简单介绍lr离子光学和离子透镜，阐述强流离子源四电极引出系统，分析_r离子源引出系统的离子光学 和离子透镜．利刚离子透镜原理强流离 源离子束的发散与汇聚进行了分析． [关键词]强流离子源；引jU系统 ；离子光学；离子透镜 [中图分类号]057 [文献标识码]A [文章编号]1004—7077(2012)05—0064—04 1 引言 中性 束 注 入 (NeutralBeam Injection，简称 NBI)加 热 是 托 卜马克 (TOKAMAK)装 置 中 必 不 少 的辅 助 力¨热 方 法 之 一，其 具 有 加 热 原 理 简 单 、注 入 功 率 高 、技 术 相 对 成 熟 等 优 中性 束 注 入 建 在 强 流 离 了源 的基 础 上 ，随 着 NBI的发 展 ，要 求 离 子 源 可 产 生 强 流 、 商密 度 、均 匀 的等 离 子 体 ，并 ¨丁准 稳 态 运 行 ．为 了获 得 强 束 流 的离 子 束 ，需 要 大 面 积 的 多 电极 引 出系 统 ．对 于 』E离 子 源 ，一一般 束 能 量 在 100KeV 以下 ，因为 再 高 的 能 量会 导 致 中性 化 效 率 急 剧 的降 低 ．其 多 电极 系 统 包 括 蔓 电极 、四 电极 和 更 高 电极 ．一 般 使 用 三 电极 和 四 电极 ，电极 级 数 增 加 会 因 为总 长度 的过 k使 电荷 交 换 损 失 和 电极 负 载 过 大 ．一 般 而 言 ，j 咀极 系统 多用 于柬 能 鲢小 于 6OKeV 的情 况 ，四 电极 系 统 多 用 于 束 能 量 大 于 6OKeV 的情 况 ．刈。j四 电极 引 jI系统 的研 究 有 很 多方 法 ，本 文 利 用 离 子 透 镜 的原 理 浅 析 它 的 [作 过 ． 2 离子光学与离子透镜 离 了光 学 (IonOptics)研 究 离 在 电磁 场 中运 动 和 离子 束 在 电磁 场 巾聚 焦 、成 像 、偏 转 等 律 的学 科 ．它 源 于 电 ：光 学 理 论 ．离 子 光学 同普 通 光 学 有 许 多 相 似 之 处 ．例 如 凸透 镜 使‘一 束 平行 光线 聚焦 到… 个点 而某 些 轴 对称 的 电磁 场 (称 为 静 电透 镜 ：离子 透 镜 或 电子 透 镜 )也可 以使 平 行 的离 子 束 (电子 柬 )聚 集 到 一 点 ．在 离 子 光 学 器 件 和 仪 器 中 ， 除 采用 离 子透镜 外 ，还 常 应用 乖 于 离 束运 动方 向 的 电场 和磁 场 使 离子 束 偏 转 ． 为 _r分 析 、研 究 或 设计 离‘子 光 学 系 统 ，必 须 精 确 地 求 解 电磁 场 并 计 算 出离 子 轨 迹 ， 通 常 采 用 计算 机 求 解 ．在 离 子 光学 器件 和 仪 器 中 ，若离 子束 被 限制 在 离 轴 很 近 的范 围 内 ， 离 ：轨 迹 与轴 的 交 角很 小 (即 满 足 傍 轴 条 件 )时 ，离 子 透 镜 所 成 的 像 是 理 想 像 或 称 高 斯 像 ．实 际轨 迹 不 可能 完 全 满 足傍 轴 条 件 ，因此 实 际形 成 的像 总 是 和 理 想 高 斯 像 有 一 定 的 差 别 ．3强 流 离 f源 四 电极 孔 引m 系统 中 的 离 子透 镜 离 子 透 镜 可 由 电场 构 成 ，也 』_丁【I1{磁 场 构 成 ．离 子 源 阳 电极 引 出系 统 中 的 电极 形 成 的 非 均 匀 电场 形 成 了若 干 离 子透 镜 ． l为 强 流 离 子源 IJu电极