上海电子束离子阱(EBIT)装置电子束离子阱系统机构研制

摘要

上海EBIT装置是国内第一台用来产生高电荷态离子并研究其性能的实验设备，其设计指标是目前国际上各台EBIT装置实际达到的最高水平的集成。电子束离子阱系统是EBIT装置的核心区域，在其建造过程中有许多设计、制造问题需要解决。本文对电子束离子阱系统的机构展开了研制工作。
　　 研制了漂移管组件，包括设计轴向电势阱和整体机械结构，研究组件面临的低温、超导、高电压、超高真空等具体工程问题的解决措施，并对组件进行低温、高电压试验，为装置的调试与运行提供参考。
　　 研制了收集器组件，包括机械结构设计，采用有限元计算方法对收集电极的冷却情况进行模拟，研究避免高压放电、组件的安装等一系列具体工程问题的解决方法。
　　 研制了大直径超高真空法兰、真空室和铍窗等真空系统元件。法兰的设计考虑了密封的可靠性和安装的方便；研究了真空室结构和加工工艺，对真空室在安装过程中和工作状态下的受力状况进行有限元分析；通过大变形非线性方法计算确定铍窗的直径和厚度。
　　 采用准直望远镜对电子束离子阱系统进行准直，制定了合理的准直方案，研制了高精度的机械调节机构和良好的准直工装。准直结果表明各组件的位置精度均达到设计指标。
　　 目前上海EBIT装置能够在能量为130keV、流强为160mA、磁场为3T的状态下稳定运行，并且已经进行了一系列实验研究工作。这表明装置的研制基本成功。本文的研制工作对上海EBIT装置的成功建造起了重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引 言

1.1 EBIT装置的发展和用途

1.2国际上现有EBIT装置

1.3 EBIT装置原理与结构

1.4上海EBIT装置的性能指标及特点

1.5本文主要研究内容及方法

参考文献

第二章上海EBIT装置的总体结构

2.1上海EBIT装置总体构成

2.2电磁场配置和电子束流运动

2.3电子束离子阱系统

2.3.1电子枪及电子束流性能

2.3.2超导系统

2.3.3低温系统

2.3.4传输线圈组件

2.4离子注入引出系统

2.5高压系统

2.6真空系统

2.7电源和控制系统

参考文献

第三章漂移管组件研制

3.1漂移管组件的功能及设计要求

3.2漂移管内的物理过程

3.3电势阱设计

3.4漂移管组件总体机构设计

3.5特殊结构设计及工程问题处理

3.5.1成像狭缝研制

3.5.2电位引入

3.5.3高电压结构设计

3.5.4低温收缩的应对措施

3.5.5超高真空的获得

3.6试验研究

3.6.1低温试验

3.6.2高电压试验

参考文献

第四章收集器组件研制

4.1收集器组件的功能及设计要求

4.2收集器组件总体机构设计

4.3收集器内电磁场分布及电子运动

4.4收集器的冷却

4.4.1收集电极的冷却

4.4.2聚焦线圈和补偿线圈的冷却

4.4.3收集器冷却的相关试验

4.5电位引入

4.6高电压结构设计

4.7收集器组件的支撑与安装

参考文献

第五章真空系统的机构研制

5.1概述

5.2大直径超高真空法兰研制

5.3真空室研制

5.4铍窗研制

参考文献

第六章机械准直系统研制

6.1EBIT的准直要求

6.2准直方法选择

6.3准直方案

6.4调节机构及工装研制

6.4.1电子枪、收集器的调节机构

6.4.2漂移管组件调节机构

6.4.3上游束流位置监视器调节机构

6.4.4传输线圈组件调节机构

6.4.5准直工装

6.5低温超导段准直试验

6.5.1试验过程

6.5.2试验分析和结论

参考文献

第七章电子束离子阱系统组装

7.1概述

7.2组装过程

7.3与TOKYO EBIT准直结果比较

7.4装置运行状况

参考文献

第八章 结论

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