串列静电加速器的循环气体剥离技术.pdfVIP

　第34卷第4期 原 子 能 科 学 技 术 Vol. 34 ,No. 4 　2000年7月 Atomic Energy Science and Technology J uly 2000 串列静电加速器的循环气体剥离技术 鲁向阳 (北京大学 重离子物理研究所 ,北京　100871) 摘要 :循环气体剥离是国际上普遍采用的对串列静电加速器改进的一项技术 ,介绍了该技术的原 理、具体技术、现状及其发展动态。 ( ) 关键词 :循环剥离 ;加速器质谱计 AMS ; 串列静电加速器 中图分类号: TL52 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 (2000) 电荷剥离装置是串列静电加速器必不可少的重要组成部分,它的性能直接关系到串列静 电加速器的束流品质与传输效率。串列静电加速器的电荷剥离装置主要有两大类, 即固体剥 离器和气体剥离器。固体剥离器剥离后粒子的能散度较大 ,特别是分子离子 , 由于“库仑爆炸” 效应 ,粒子的能散进一步加大 ,而且束流的角发散度也加大[1 ,2 ] 。另外 ,随工作时间的增加 ,膜 的厚度也在发生变化 ,因此 ,剥离后粒子的能损也发生变化。固体剥离膜的寿命较短 ,所能承 受的束流强度有限。这些对于长时间高精密度连续测量是不利的。因此 ,许多要求高束流品 质、长时间连续高精度测量的串列静电加速器 ,纷纷采用气体剥离器。气体剥离器的工作介质 为高纯度的特定气体 ,如氧气或氩气 ,其等效剥离厚度取决于气体的压强和剥离管道的长度。 它长时间工作稳定性好 ,剥离后粒子能散度小 ,但所有工作气体需要经由加速管排出 ,会导致 加速器内部真空度下降。为在达到一定的剥离厚度的同时不过多地降低加速器内部的真空 度 ,需将剥离管做得又细又长 ,这样的管道使系统的束流接受度受到很大限制。因此 ,传统的 气体剥离器也不能满足长时间、高效率测量的要求。于是 , 国际上发展出用于串列静电加速器 的循环气体剥离技术。 1 　带电粒子的气体剥离实验研究 带电粒子与介质相互作用后 ,其电荷态的分布与粒子的入射能量及介质的种类和等效厚 度有关。这一过程十分复杂[3 ] 。人们一般采用半经验公式[3 ,4 ] 或直接通过实验的方法进行研 究。目前 ,对带电粒子经由固体靶剥离后平衡电荷态分布的估计较为普遍采用的半经验公式 为 K. Shima 等人的工作[4 ] 。H. D. Bezt [3 ]给出了带电粒子经由气体靶剥离后的平衡电荷态分 ( ) 布半经验公式。但是 ,最准确的方法是进行实验测量。瑞士苏黎世联邦理工学院 ETH 的 AMS 实验室针对 AMS 领域所感兴趣的一些核素进行了大量的实验研究 ,得到了诸如 C 、Be 、 收稿日期 ;修回日期 ( ) 作者简介 :鲁向阳 1963 — ,男 , 四川成都人,副教授 ,加速器物理专业 第4期 　　鲁向阳 : 串列静电加速器的循环气体剥离技术 379 Al 和 Cl 等元素在使用碳膜和氧气、氩气为介质时的能量剥离厚度电荷态分布的实验数据。 以 C 元素为例 ,从实验的对比结果可以看到[5～7 ] ,使用固体膜与使用气体的剥离产额是基本 相同的 ,但要达到相同电荷态的最大产额 ,气体剥离需要粒子有较高的能量 ,这是“密度效应” 12 的表现。ETH 的研究发现 ,在以氧气为剥离介质时 ,对 C 粒子达到平衡剥离的条件是其等效 2 μ 剥离厚度为 1 g/ cm 。这对于典型的、长度为70 cm 的剥离管道而言 ,其相应的平均压强须达 到 107