一种微型潘宁离子源

摘要

本发明涉及超导回旋加速器领域，公开了一种微型潘宁离子源，包括机壳，所述机壳内设置有阳极筒，所述机壳内设置有阴极，所述阴极位于所述机壳的两端，所述阳极筒位于所述阴极之间，所述阴极上设置有绝缘件，所述绝缘件包括设置在所述阴极上用于与机壳进行绝缘的第一绝缘块、设置在所述第一绝缘块上用于与阳极筒进行绝缘的第二绝缘块、设置在所述第一绝缘块上用于与机壳进行绝缘的第三绝缘块，所述阳极筒的两端开设有氢气通道，所述阳极筒远离氢气通道的一侧开设有引出缝，所述机壳上开设有与所述氢气通道连通的输气通。本发明不易影响等离子体产生的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及超导回旋加速器的技术领域，尤其是涉及一种微型潘宁离子源。

背景技术

目前回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器，其中超导等时性回旋加速器(超导回旋加速器的一个分支)是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。

现有的一般通过潘宁离子源产生等离子体，氢气通过阳极筒一侧的氢气通道进入到阳极筒内，阳极筒与阴极之间加载上千伏的电压，通过电子与中性气体分子的碰撞，形成大量的等离子体。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于氢气是通过阳极筒一侧的氢气通道进入的阳极筒内的，从而使得阳极筒内的氢气分布不均匀；若要使氢气分布均匀则要通入较多的氢气，这样则会造成通入的氢气量较大，容易使阴极和阳极筒之间发生大火，同时在长时间的运行下，容易造成阴极与阳极筒之间的绝缘性降低，影响等离子体的产生。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种微型潘宁离子源，具有不易影响等离子体产生的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种微型潘宁离子源，包括机壳，所述机壳内设置有阳极筒，所述机壳内设置有阴极，所述阴极位于所述机壳的两端，所述阳极筒位于所述阴极之间，所述阴极上设置有绝缘件，所述绝缘件包括设置在所述阴极上用于与机壳进行绝缘的第一绝缘块、设置在所述第一绝缘块上用于与阳极筒进行绝缘的第二绝缘块、设置在所述第一绝缘块上用于与机壳进行绝缘的第三绝缘块，所述阳极筒的两端开设有氢气通道，所述阳极筒远离氢气通道的一侧开设有引出缝，所述机壳上开设有与所述氢气通道连通的输气通道。

通过采用上述技术方案，氢气经输气通道和氢气通道进入到阳极筒的两端，然后进行电离，电子在阳极筒内呈螺旋线运动，电子运动过程中，电子与阳极筒中的中性气体分子碰撞，从而形成大量的等离子体，等离子体从引出缝引出形成粒子流束；由于氢气从阳极筒的两端进入到阳极筒内，使得阳极筒内的氢气分布的较为均匀，同时也减少了通入的氢气的量，从而使得阳极筒内的等离子体分布较为均匀，使主真空越好，使等离子体的引出效率越高，使阴极与阳极筒之间的绝缘性不易降低，从而不易影响等离子体的产生。

本发明进一步设置为：所述第三绝缘块的两侧分别与所述第一绝缘块和机壳的内壁抵触，所述第二绝缘块的两端分别与所述第一绝缘块和阳极筒抵触。

通过采用上述技术方案，第一绝缘块和第三绝缘块对阴极和机壳之间进行绝缘，第二绝缘块对阴极和阳极筒之间进行绝缘，从而使得等离子体能够正常产生。

本发明进一步设置为：所述阳极筒包括筒体和筒体内形成的阳极腔，所述阳极腔包括中间腔室和位于中间腔室两端且与中间腔室连通的端部腔室，所述端部腔室靠近中间腔室一端的内径小于所述端部腔室远离中间腔室一端的内径，所述氢气通道与端部腔室连通，所述引出缝与中部腔室连通。

通过采用上述技术方案，氢气从端部腔室进入，等离子体在电磁场的带动下汇聚在中间腔室，然后从中间腔室离开，从而提高了引出效率。

本发明进一步设置为：所述筒体远离引出缝一侧的内壁的厚度大于所述引出缝所在一侧的内壁的厚度。

通过采用上述技术方案，引出缝的长度较短，从而缩短等离子体在引出缝内的移动时间，另一侧的内壁厚度较大，从而使得氢气通道较长，增大氢气的进入量。

本发明进一步设置为：所述第一绝缘块、第二绝缘块和第三绝缘块均采用氮化硼制成。

通过采用上述技术方案，氮化硼具有较高的电阻率能够起到绝缘的效果，同时氮化硼的高温稳定性很好、导热系数很高，从而在整个等离子体产生过程中较为稳定。

本发明进一步设置为：所述引出缝的长度为5毫米，宽度为0.5毫米。

通过采用上述技术方案，引出缝的长度和宽度之比较大，从而使少量且连续的等离子体从引出缝中离开，从而较为快速的形成等离子束。

本发明进一步设置为：所述氢气通道的直径为2毫米。

通过采用上述技术方案，氢气通道的直径较小，从而能够对氢气的进入量实现较为准确的控制，从而使氢气的通入量较为准确。

本发明进一步设置为：所述阳极腔内的氢气为高纯氢气，输出压力为202.6千帕。

通过采用上述技术方案，高纯氢气减小了杂质气体对电离的影响，输气压力为202.6千帕。

本发明进一步设置为：所述阳极筒采用铜制成。

通过采用上述技术方案，铜与外界导通，从而形成地电位。

本发明进一步设置为：所述阴极采用低出气的100%纯度的钽制成。

通过采用上述技术方案，钽自身较为稳定，从而使得阴极不易在电离时发生化学反应。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过设置阳极筒和氢气通道，氢气从氢气通道进入到阳极筒的两端，从而使得氢气较为均匀的进入到阳极筒内，使得阳极筒内的氢气分布的较为均匀，同时也减少了通入的氢气的量，从而使得阳极筒内的等离子体分布较为均匀，使主真空越好，使等离子体的引出效率越高，使阴极与阳极筒之间的绝缘性不易降低，从而不易影响等离子体的产生。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为图1的A处放大图，体现主管路与第一副管路的连接结构。

附图标记：1、机壳；2、阳极筒；21、筒体；22、阳极腔；221、中间腔室；222、端部腔室；223、氢气通道；224、引出缝；3、阴极；4、绝缘件；41、第一绝缘块；42、第二绝缘块；43、第三绝缘块；5、输气通道；51、主管路；52、第一副管路；53、第二副管路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图2，为本发明公开的一种微型潘宁离子源，包括机壳1，机壳1采用耐高温高压、低出气的钨铜合金材料制成。机壳1内固定连接有阳极筒2，阳极筒2采用铜制成，阳极筒2位于机壳1的中部。机壳1的两端固定连接有阴极3，阴极3采用低出气的100%纯度的钽制成。机壳1位于磁场内，磁场方向与阳极筒2的长度方向平行，磁场强度为5000GS-6000GS，阴极3上设置有绝缘件4，绝缘件4包括第一绝缘块41、第二绝缘块42和第三绝缘块43，第一绝缘块41、第二绝缘块42和第三绝缘块43均采用氮化硼制成，第一绝缘块41固定连接在阴极3上，第三绝缘块43的两侧分别与机壳1的内壁和阴极3抵触。第二绝缘块42的两端分别与第一绝缘块41和阳极筒2抵触。

阳极筒2包括筒体21和阳极腔22，阳极腔22位于筒体21内，阳极腔22的两侧分别开设有氢气通道223和引出缝224。阳极腔22包括中间腔室221和端部腔室222，中间腔室221的内径为10mm，端部腔室222位于中间腔室221的两端且与中间腔室221连通，端部腔室222远离中间腔室221一端的内径为15mm，阳极筒2的总长度为20mm。每个端部腔室222中均设置有一个氢气通道223，氢气通道223的直径为2mm，引出缝224位于中间腔室221的中部，引出缝224的长度为5mm，宽度为0.5mm，筒体21远离引出缝224一侧的内壁的厚度大于引出缝224所在一侧的内壁的厚度。

机壳1上开设有输气通道5，输气通道5包括主管路51、第一副管路52和第二副管路53，第一副管路52和第二副管路53的两端分别与主管路51和氢气通道223连通，主管路51、第一副管路52和第二副管路53组成形成“F”形。

本实施例的实施原理为：输出压力位202.6千帕的高纯氢气经输气通道7和氢气通道223进入到阳极筒2的两端，此时氢气流量为3sccm-4sccm，然后在阴极3加载1.5Kv-3Kv的电压进行电离，电子在阳极筒2内呈螺旋线运动，电子运动过程中，电子与阳极筒2中的中性气体分子碰撞，从而形成大量的等离子体，等离子体从引出缝224引出形成粒子流束；由于氢气从阳极筒2的两端进入到阳极筒2内，使得阳极筒2内的氢气分布的较为均匀，同时也减少了通入的氢气的量，从而使得阳极筒2内的等离子体分布较为均匀，使主真空越好，使等离子体的引出效率越高，使阴极3与阳极筒2之间的绝缘性不易降低，从而不易影响等离子体的产生。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。