一种基于电子靶的正离子中性化器的制作方法

本发明涉及磁约束聚变，更具体地说，它涉及一种基于电子靶的正离子中性化器。

背景技术：

1、中性束注入加热是磁约束核聚变实验中非常有效的辅助加热方式，其原理是气体在放电室中由弧流或射频放电，电离形成等离子体，而后被引出并加速形成高能离子束流，经中性化器转化为高能中性粒子束流，注入到托卡马克中心，对等离子体起到加热作用。由于托卡马克具有非常强的磁场，离子不能注入，束流在中性化器中并非完全中性化，因此束流在通过中性化器后会立即通过偏转磁铁，其中未被中性转化的离子将被偏转到离子吞噬器上，而已经转化为中性的高能粒子则不受磁场影响。

2、根据上述原理的描述可知，只有转化为中性的高能粒子才能注入到等离子体中起到加热的作用，因此中性化器是中性束注入器必不可少部件，中性化效率也是对注入功率影响最大的因素。目前中性束注入器普遍使用的是气体靶中性化器，它是一个直接连在离子源引出端后面的长管道，高能正离子束流穿过由气体分子组成的气体靶转化高能中性粒子。目前，现有技术提供的气体靶中性化器的虽然结构简单，但有以下三处不足之处：中性化效率随能量的升高而降低；增加气体负载，导致更多的束流功率损失；气体靶中性化器的长度太长，影响传输效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于电子靶的正离子中性化器，本发明首先是通过电子与离子更高的复合截面实现更高的中性化效率，其次是通过优化中性化器结构，利用电子靶取代气体靶，从而减少中性化器中气体负载，减少电极处的气体密度，同时也减少低温泵的气体负载，达到降低束流的剥离损失和再电离损失的目的，再次是缩短中性化器长度，提升束流传输效率。

2、本申请提供了一种基于电子靶的正离子中性化器，所述正离子中性化器包括：

3、中性化管道，所述中性化管道为离子源发射的高能正离子束流的中性转化提供转化区域，

4、多个电子枪，所述多个电子枪均匀分布且径向安装在所述中性化管道的中部，所述多个电子枪的发射口朝向于所述中性化管道的轴线方向，向所述中性化管道的中部区域发射电子；

5、螺线管，所述螺线管设置在所述中性化管道上，以在所述中性化管道中产生一个沿轴线方向的匀强磁场，用于将所述多个电子枪发射的电子约束在所述中性化管道的中部区域形成电子靶。

6、在一种实现方式中，所述中性化管道是由一个圆形的无氧铜管道构成的或者是由一个矩形的无氧铜管构成的。

7、在一种实现方式中，所述中性化管道的截面尺寸是由高能离子束流的形状和大小确定的。

8、在一种实现方式中，所述螺线管的外侧设置有纯铁的磁屏蔽罩。

9、在一种实现方式中，所述螺线管是等间距绕制在所述中性化管道上的。

10、在一种实现方式中，所述多个电子枪的数量和发射电子的能量是由高能正离子束流的能量调节的。

11、在一种实现方式中，所述正离子中性化器还包括设置在真空室内的两个支撑调节底座，所述中性化管道安装于两个支撑调节底座上，所述支撑调节底座包括螺杆和顶杆，每个所述支撑调节底座通过螺杆调节垂直高度，通过顶杆调节水平位置，实现正离子中性化器的任意位置与角度调节。

12、在一种实现方式中，所述中性化管道外侧开设有冷却水道，所述冷却水道内设置有冷却水管。

13、在一种实现方式中，所述冷却水道与所述冷却水管的形状与尺寸一致。

14、在一种实现方式中，所述冷却水管的直径为8毫米。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、1、在本发明提供的一种基于电子靶的正离子中性化器中，电子与正离子复合截面的面积更大，提升了中性化器的中性化效率。

17、2、在本发明提供的一种基于电子靶的正离子中性化器中，中性化器与离子源引出端分离，离子源未电离的气体能被注入器低温泵迅速抽走，减少了电极处束流与气体分子的碰撞，降低了束流的剥离损失。

18、3、在本发明提供的一种基于电子靶的正离子中性化器中，中性化器完全置于真空室内，电子靶不需要补充送气，真空室的气体负载大幅减少，束流后续传输的再电离损失减少。

19、4、在本发明提供的一种基于电子靶的正离子中性化器中，螺线管的磁场将电子约束在很小的范围，使得中性化器的长度可以大幅缩短，减少束流的传输长度，提升传输效率。

20、5、在本发明提供的一种基于电子靶的正离子中性化器中，磁铁屏蔽罩既能防止螺线管磁场对其他部件的干扰，也能防止托卡马克杂散场对中性化器内带电粒子运动轨迹的影响。

技术特征：

1.一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述正离子中性化器包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述中性化管道是由一个圆形的无氧铜管道构成的或者是由一个矩形的无氧铜管构成的。

3.根据权利要求1所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述中性化管道的截面尺寸是由高能离子束流的形状和大小确定的。

4.根据权利要求1所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述螺线管的外侧设置有纯铁的磁屏蔽罩。

5.根据权利要求1所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述螺线管是等间距绕制在所述中性化管道上的。

6.根据权利要求1所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述多个电子枪的数量和发射电子的能量是由高能正离子束流的能量调节的。

7.根据权利要求1所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述正离子中性化器还包括设置在真空室内的两个支撑调节底座，所述中性化管道安装于两个支撑调节底座上，所述支撑调节底座包括螺杆和顶杆，每个所述支撑调节底座通过螺杆调节垂直高度，通过顶杆调节水平位置，实现正离子中性化器的任意位置与角度调节。

8.根据权利要求1所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述中性化管道外侧开设有冷却水道，所述冷却水道内设置有冷却水管。

9.根据权利要求8所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述冷却水道与所述冷却水管的形状与尺寸一致。

10.根据权利要求9所述的一种基于电子靶的正离子中性化器，其特征在于，所述冷却水管的直径为8毫米。

技术总结本发明公开了一种基于电子靶的正离子中性化器，涉及磁约束聚变技术领域，包括：中性化管道，中性化管道为离子源发射的高能正离子束流的中性转化提供转化区域，多个电子枪，多个电子枪均匀分布且径向安装在所述中性化管道的中部，所述多个电子枪的发射口朝向于所述中性化管道的轴线方向，向所述中性化管道的中部区域发射电子；螺线管，所述螺线管设置在所述中性化管道上，以在所述中性化管道中产生一个沿轴线方向的匀强磁场，用于将所述多个电子枪发射的电子约束在所述中性化管道的中部区域形成电子靶。本发明利用电子靶取代气体靶，从而减少中性化器中气体负载，同时也减少低温泵的气体负载，达到降低束流的剥离损失和再电离损失的效果。技术研发人员：杨宪福,魏会领,耿少飞,周红霞受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/30