用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置

本发明涉及核物理，尤其涉及一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置。

背景技术：

1、新核素合成是核物理领域的一个重要研究方向。实验采用高能量大型重离子加速器产生的束流打靶产生核反应，获取新核素。在核物理领域实验中，高质量的同位素核靶起到至关重要的作用，直接影响到新核素合成实验的成功与否。对于高熔点、价格昂贵、产额极少的同位素核靶，重离子溅射是最可行的制靶方法。采用低能重离子束流轰击同位素靶材，制作核靶。

2、重离子溅射装置，核心部件为离子源、束流聚焦系统、以及靶系统。现有技术中，重离子溅射装置中离子源为潘宁放电离子源、离子源产生重离子束流经过吸极加速后轰击靶材，溅射到衬底，制作成核靶。其中，离子源位于低电位，靶材位于电压为1万伏特的高电位。

3、但是，现有技术中的溅射装置的优点是结构简单，缺点是束流强度小、工作寿命短、离子源打火频繁、设备检修频率高，由于以上原因，导致制靶效率极低，制靶周期长于5个月，严重影响了新核素合成方向的研究工作。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，用以解决现有技术中制靶效率低的缺陷，实现提高制靶效率。

2、本发明提供一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，包括：

3、真空腔；

4、2.45ghz微波驱动离子源，用于产生单一电荷态的重离子强流束，所述2.45ghz微波驱动离子源与所述真空腔连通；

5、聚焦电极系统，用于聚焦所述重离子强流束，形成高密度束流，所述高密度束流的束斑尺寸小于2mm；

6、三维调节样品衬底，设置于所述真空腔内；

7、旋转靶，用于承载所述三维调节样品衬底，且所述旋转靶旋转设置于所述真空腔内。

8、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述2.45ghz微波驱动离子源包括：

9、微波发生器，用于产生2.45ghz微波；

10、磁体，用于产生2.45ghz微波所需的磁场结构；

11、弧腔；

12、进气系统，用于提供惰性气体；

13、引出电极；

14、所述2.45ghz微波经过匹配波导耦合至所述弧腔加热电子，与所述惰性气体碰撞产生惰性气体等离子体，所述惰性气体等离子体在所述引出电极下产生所述重离子强流束。

15、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述惰性气体为氩气或氙气。

16、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述进气系统包括：

17、高压平台；

18、质量流量控制器，用于调控进气流量；

19、隔离变压器，用于为所述高压平台上的设备供电，且隔离十万伏的静电高压。

20、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述聚焦电极系统包括两组静电管透镜，每组所述静电管透镜加载几千伏的电压，对所述重离子强流束进行聚焦。

21、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述真空腔包括：

22、真空室；

23、机械泵，一端与外界气体连通；

24、分子泵，一端与所述机械泵的另一端连通，另一端与所述真空室连通。

25、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述旋转靶包括：

26、电机；

27、旋转芯轴，与所述电机连接，旋转设置于所述真空室内；

28、磁流体，与所述旋转芯轴连接；

29、靶支撑件，与所述磁流体连接，所述靶支撑件用于承载所述三维调节样品衬底。

30、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述机械泵和所述分子泵之间设置有角阀。

31、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，所述质量流量控制器的控制精度是0.1sccm。

32、根据本发明提供的一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，还包括：

33、支撑平台，所述真空腔设置于所述支撑平台上。

34、本发明提供的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，通过2.45ghz微波驱动离子源产生单一电荷态的重离子强流束，由于2.45ghz电子回旋共振离子源属于无极放电，能够产生高流强的离子束可在较大范围气压下长期稳定工作、重复性能好、离子种类广，没有寿命限制，也不会带来束流的污染电荷态单一、束流强度大、寿命长、运行稳定、离子溅射面积大且制靶效率高。是新核素合成领域中同位素制靶的最佳选择。本发明提供的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置可以成功替代原有装置，为新一代高效制备核靶提供了有力保障。

技术特征：

1.一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述2.45ghz微波驱动离子源(2)包括：

3.根据权利要求2所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氙气。

4.根据权利要求2所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述进气系统包括：

5.根据权利要求1所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述聚焦电极系统包括两组静电管透镜，每组所述静电管透镜加载几千伏的电压，对所述重离子强流束进行聚焦。

6.根据权利要求1所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述真空腔(1)包括：

7.根据权利要求1所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述旋转靶(3)包括：

8.根据权利要求6所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述机械泵和所述分子泵(4)之间设置有角阀(5)。

9.根据权利要求4所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，所述质量流量控制器的控制精度是0.1sccm。

10.根据权利要求1所述的用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，其特征在于，还包括：

技术总结本发明涉及核物理技术领域，提供一种用于同位素核靶高效制备的重离子溅射装置，包括：真空腔；2.45GHz微波驱动离子源，用于产生单一电荷态的重离子强流束，2.45GHz微波驱动离子源与真空腔连通；聚焦电极系统，用于聚焦重离子强流束，形成高密度束流，高密度束流的束斑尺寸小于2mm；三维调节样品衬底，设置于真空腔内；旋转靶，用于承载三维调节样品衬底，且旋转靶旋转设置于真空腔内。本发明由于2.45GHz电子回旋共振离子源属于无极放电，能够产生高流强的离子束可在较大范围气压下长期稳定工作、重复性能好、离子种类广，没有寿命限制，也不会带来束流的污染电荷态单一、束流强度大、寿命长、运行稳定、离子溅射面积大且制靶效率高。技术研发人员：张宏斌,武启,陈若富,石国柱,孙良亭,刘玉国,王猛,卢子伟,刘凤琼,袁芳,杨霞受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13