本發(fā)明屬于同位素電磁分離器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于同位素電磁分離器的離子源的聚焦電極。

背景技術(shù)：

電磁分離方法在同位素分離領(lǐng)域具有不可或缺的地位，電磁分離法是利用能量相同、質(zhì)量不同的離子在橫向磁場中旋轉(zhuǎn)半徑不同實(shí)現(xiàn)同位素分離的。同位素電磁分離器就是采用電磁分離方法分離得到同位素的設(shè)備。待分離的離子束從同位素電磁分離器的離子源中射出，經(jīng)同位素電磁分離器中的磁場分離，再被接收裝置接收，完成同位素的分離工作。

Calutron離子源屬于強(qiáng)流離子源的一種，在美國曼哈頓計(jì)劃期間被發(fā)明并用于分離鈾同位素。隨著鈾同位素的分離被其他分離方法取代后，Calutron離子源被用于分離其他元素的同位素。

在Calutron離子源的工作中，打火現(xiàn)象與暗電流非常常見并對(duì)離子源的性能及束流品質(zhì)有不可忽視的影響。待分離原料的氣體在離子源中被電離成等離子體后，通過引出電極將其中的離子引出形成離子束。引出電極的打火能改變其形狀、布局，直接影響到束流的品質(zhì)，如束流的張角、發(fā)射度、能散度等等。離子源中的打火也會(huì)影響到離子源的工作狀態(tài)。

不同形狀的Calutron離子源，引出電極具有不同的外形。比較典型的兩種外形的離子源為美國和俄羅斯的Calutron離子源。美國的Calutron離子源由于四周存在地電位的金屬屏蔽，引出電極能做小而不影響束流。俄羅斯的Calutron離子源不存在屏蔽的金屬盒，陽極電位容易影響到束流，因此引出電極做得較大。我國的Calutron離子源的外形結(jié)構(gòu)與俄羅斯的離子源接近。Calutron離子源的引出電極為三電極結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括引出縫電極、聚焦電極和接地電極，其中聚焦電極位于引出縫電極與接地電極之間。

在Calutron離子源用于分離易電離的原料時(shí)，較大的聚焦電極存在一系列問題，干擾束流的品質(zhì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，聚焦電極容易出現(xiàn)頻繁打火的現(xiàn)象。

早期我國電磁分離器上用的Calutron離子源的聚焦電極為不銹鋼一體成型。頻繁的打火直接導(dǎo)致聚焦電極的引出縫的縫口過熱熔融而變形，使其較大地偏離聚焦電極的尺寸設(shè)計(jì)。

第二，聚焦電極容易出現(xiàn)暗電流(20mA左右，甚至超過20mA)。

離子源在出氣較多的情況下暗電流較大。暗電流將導(dǎo)致聚焦電極被歐姆加熱，在不采取水冷的情況下會(huì)變形。然而，聚焦電極一般處于高電位，實(shí)施水冷會(huì)增加技術(shù)上的難度和離子源的復(fù)雜性。因此，不期望暗電流出現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)的聚焦電極存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠防止因暗電流的打火而造成變形損壞的聚焦電極。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于同位素電磁分離器的離子源的聚焦電極，設(shè)置在所述離子源的弧放電室外側(cè)的引出電極中，所述引出電極包括引出縫電極和接地電極，所述引出縫電極靠近所述弧放電室；所述聚焦電極設(shè)置在所述引出縫電極、接地電極之間，包括支撐板和設(shè)置在所述支撐板上的縫口面板，設(shè)置在所述縫口面板上的用于引出離子束的引出縫，其中所述縫口面板采用高純石墨制作。

進(jìn)一步，所述縫口面板上的所述引出縫向靠近所述引出縫電極一側(cè)凹陷。

進(jìn)一步，所述支撐板與所述縫口面板連接的部分為凹陷結(jié)構(gòu)，所述凹陷結(jié)構(gòu)向靠近所述引出縫電極一側(cè)凹陷。

進(jìn)一步，所述支撐板在所述縫口面板周圍的部分為鏤空結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步，所述支撐板采用不銹鋼制作。

進(jìn)一步，所述支撐板上設(shè)有若干透氣孔。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.縫口面板采用高純石墨制作，在頻繁打火的情況下，縫口面板不會(huì)變形，從而保證了縫口面板上的引出縫不會(huì)變形和損壞，提高了引出縫電極的壽命(壽命從1個(gè)月提升到超過1年)。

2.通過引出縫的凹陷設(shè)計(jì)，以及支撐板的凹陷結(jié)構(gòu)和鏤空結(jié)構(gòu)，降低了聚焦電極周圍暗電流的大小(從20mA降低到10mA),明顯改善了離子源的工作狀態(tài)，降低了打火頻率，保證了同位素分離的順利進(jìn)行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式中所述聚焦電極與所述離子源的安裝示意圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式中所述聚焦電極的前視圖；

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式中所述聚焦電極的側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式中所述引出縫面板的前視圖；

圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式中所述引出縫面板的剖視圖；

圖中：1-引出縫電極，2-聚焦電極，3-接地電極，4-離子源法蘭，5-離子源供電接線端，6-離子源，7-弧放電室，8-支撐板，9-縫口面板，10-引出縫，11-鏤空結(jié)構(gòu)，12-透氣孔，13-縫口面板安裝孔，14-支撐板安裝孔，15-凹陷結(jié)構(gòu)，16-引出縫凹陷部分。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種用于同位素電磁分離器的離子源的聚焦電極，設(shè)置在離子源6的弧放電室7外側(cè)的引出電極中(離子源6為Calutron離子源)，引出電極為三電極結(jié)構(gòu)，包括引出縫電極1、聚焦電極2和接地電極3，引出縫電極1靠近弧放電室7，聚焦電極2設(shè)置在引出縫電極1、接地電極3之間，包括支撐板8和設(shè)置在支撐板8上的縫口面板9，縫口面板9上設(shè)有用于引出離子束的引出縫10，縫口面板9采用高純石墨制作。聚焦電極2的打火集中在引出縫10附近，容易造成引出縫10的縫口過熱變形。采用熔點(diǎn)高、耐轟擊的材料可以克服這個(gè)問題。本發(fā)明所提供的聚焦電極2的引出縫10采用耐轟擊的高純石墨材料制作。石墨的熔點(diǎn)為3600℃左右，耐熱性好，不容易變形。然而，高純石墨材料件成本相對(duì)較高，而且易碎。因此，聚焦電極2的其他部分(支撐板8)仍采用不銹鋼材料制作。

如圖2所示的聚焦電極2，包括支撐板8和設(shè)有引出縫10的縫口面板9?？p口面板9通過兩端的縫口面板安裝孔13設(shè)置在支撐板8的中部，在本實(shí)施例中，縫口面板安裝孔13的直徑為Φ＝2.5mm(見圖4)。縫口面板9采用高純石墨材料制作，支撐板8采用不銹鋼材料制作。支撐板8上均勻設(shè)置若干通氣孔12，在本實(shí)施例中，聚焦電極2通過支撐板8四周設(shè)置的支撐板安裝孔14安裝在同位素電磁分離器中。

在Calutron離子源中，聚焦電極被偏置到-20kV至-5kV左右，弧放電室的電位為30kV。二者之間的電場非常大，造成聚焦電極與引出縫電極之間的暗電流。降低暗電流的辦法是增加聚焦電極與弧放電室間的距離，降低二者之間的電場。

為了增加聚焦電極與弧放電室間的距離，本發(fā)明所提供的聚焦電極2的引出縫10設(shè)計(jì)成向里凹陷的結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)可在保證引出縫10與弧放電室7的電場不受影響的前提下，有效降低聚焦電極2的(除引出縫10以外的)其他部分與弧放電室7之間的電場。如圖1、圖5所示，為了延長聚焦電極2中除引出縫10以外的部件到離子源6的弧放電室7的距離，聚焦電極2的縫口面板9上的引出縫10向靠近引出縫電極1一側(cè)(弧放電室7)凹陷。在本實(shí)施例中，引出縫10的凹陷角度α為45度，凹陷部分的深度d＝11mm(見圖5)。

同時(shí)，支撐板8與縫口面板9連接的部分也設(shè)計(jì)為凹陷結(jié)構(gòu)15，凹陷結(jié)構(gòu)15向靠近引出縫電極1(弧放電室7)一側(cè)凹陷(見圖1、圖3)，進(jìn)一步增加了聚焦電極2中除引出縫10以外的部件到離子源6的弧放電室7的距離。

在Calutron離子源工作時(shí)，由于弧放電室溫度高，有表面電離現(xiàn)象出現(xiàn)。在表面被電離的氣體形成離子直接轟擊在聚焦電極上，增加暗電流。為此，本發(fā)明所提供的聚焦電極2把容易被轟擊的區(qū)域(引出縫10周邊區(qū)域)去除，可大大降低暗電流。如圖2所示，支撐板8在縫口面板9周圍的部分為鏤空結(jié)構(gòu)11。在本實(shí)施例中，鏤空結(jié)構(gòu)11的面積為50mm×150mm。支撐板8上設(shè)有若干透氣孔12。

本發(fā)明所述的裝置并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。