加速器物理离子源教程分析.pptVIP

9，电子枪 electron gun 产生电子并从中引出电子束的器件或装置。它是阴极射线管、电视机显像管、电子显微镜、电子束加工装置和电子加速器等装置不可缺少的部件。它在真空条件下工作。根据不同用途，要求提供电子束达到的参数包括能量、功率、流强、束斑尺寸和密度分布等差别很大，已有众多类型电子枪。它们一般由阴极、聚束极和阳极构成。阴极产生电子又称电子源，分为热发射、场致发射、等离子体阴极等各种类型。电子在阳极与阴极间高电场作用下加速达到所需能量并通过阳极孔引出，聚束极用以控制电子束流密度和流强。此外，光阴极和微波阴极是为电子直线加速器研究的新一代电子枪。 10 激光离子源 11，放射性核束离子源 Radioactive Nuclear Beam Ion Source 产生放射性核束的设备。一般采取两种不同的方法，即弹核碎裂法(PF法)和在线同位素法(ISOL法)。 PF法: 利用中能或高能重离子束(50MeV/u～1GeV/u)打薄的核靶，炮弹核发生碎裂，产生所需要的放射性核，并以与炮弹核相近的速度向前方飞出。利用分离和输运系统，经过收集分离和纯化并形成束流。由于一般中、高能重离子束流较弱(1011 ～1012 粒子/秒)只能用薄靶，而且弹核碎裂的开放反应道很多，产生指定放射性核的截面小，固放射性核束流强度低，目前一般在108 粒子/秒以下。而且，PF法的放射性束流纯度低，束流品质差，束流能量固定，其每个核子能量与初级重离子束能量相近，很难用于低能核物理研究。为了克服上述缺点，把PF装置产生的放射性核束注入到储存环中去，进行进一步加工或者加以冷却，以改善束流品质(即束流发射度和能量分辨)，或者进一步加速或减速以满足物理实验的要求。 ISOL法: 在线同位素分离法应用几十MeV到1GeV能量的强流(几百μA～mA)的轻粒子束打厚靶，通过各种核反应产生放射性核素。为了使奇异核素能迅速地从靶中扩散出来并从表面解吸，靶必须运行在非常高的温度下(1300℃－2000℃)，为避免靶材料在这样高的温度下气化和升华，要求它必须是具备低蒸汽压的耐高温材料。一般来说，奇异核素产生的几率为10-3量级。从厚靶中扩散出来的奇异核素是中性原子，必须首先将它们在离子源中离化为离子才能对之分析加速以供物理实验用。离子源必须有较高的电离效率；低的发射度；离子源必须能在高温下运行。适宜于在线同位素分离器的离子源有表面电离源， ECR源和气体放电型离子源等 靶 靶材料的选择 在靶源中，靶材料的选择是需要面对的挑战之一。靶的材料首先应能与初级束相互作用产生放射性核素,并有较高的产生效率。 为了使放射性核素迅速地从靶中扩散出来并从表面解吸,靶材料必须运行在很高的温度下（1300oC-2000oC）, 它必须是具备低蒸汽压的耐高温材料。 要求所产生的放射性核素本身不是难熔的且不能与靶材料化合成难熔的物质，要求靶材料和放射性核素有相反的物理特性。 因为是质子束与靶相互作用，靶材料和放射性核素只能相差几个质量单位， 靶的尺寸及形态，理想情况下靶应该是细粉或纤维状的，且在高温下不烧结或融化，以利于放射性核素尽快扩散出来。 选择合适的靶厚可以得到最大的放射性核素产生率和最小的放射性。在选择靶材时还特别需要注意尽量避免产生无用的、长寿命寄生放射性核素。 靶材 尽管对靶材的要求相当苛刻，根据已有的经验，我们仍能找到一些满足上述条件，适合于作靶的材料，它们是C、B、Cr、Hf、Ir、Mo、Nb、Os、Re、Ru、Ta、V、W、Zr及一些金属硼化物，碳化物，氮化物，氧化物，硫化物等，还有一些金属的合成材料以及金属的铝酸盐，硅酸盐，钛酸盐和其它一些更复杂的化合物。 放射性核素的等离子体离子源 电子束等离子体离子源,在靶中由核反应产生的放射性核素,通过其外的加热部件将靶加热到合适的温度（根据靶材料的特性，温度可在1000℃到2500℃之间）,使得放射性核素从靶中释放出来，并从靶室通过传输管传送到电离室中,离子源的电子发射阴极由Ta制成，它是传输管的一部分，在其上通过几百安培的电流，一方面可以使传输管保持较高的温度，阻止放射性核素在管壁上凝结，另一方面，使阴极加热到足够高的温度，可发射出大于250mA的电子流,电子在电位差为100－300V的阴阳极之间被加速,穿过带孔的阳极板进入电离室，将中性的放射性核素原子电离为带电粒子。离子源位于30kV电位上，位于地电位的引出电极将离子引出，形成放射性核束。 电子束等离子体离子源 从厚靶中扩散出来的放射性核素是中性原子，必须经过离子源电离为离子，再经过分析纯化、加速以供物理实验用。 因为靶产生的放射性核素较少，为保证物理实验所必需的足够的放射性核数，离子源必须有较高的电离效率； 为使分析