雙等離子管是使中性原子或分子電離，並從中引出離子束流的裝置。它是各種類型的離子加速器、質譜儀、電磁同位素分離器、離子注入機、離子束刻蝕裝置、離子推進器以及受控聚變裝置中的中性束注入器等設備的不可缺少的部件。
基本介紹
- 中文名：雙等離子管
- 外文名：duoplasmatron
- 套用學科：能源工程
- 範疇：工程技術
- 又稱：雙電漿
- 涉及：離子源
概述,基本原理,
概述
雙等離子管是使中性原子或分子電離，並從中引出離子束流的裝置。它是各種類型的離子加速器、質譜儀、電磁同位素分離器、離子注入機、離子束刻蝕裝置、離子推進器以及受控聚變裝置中的中性束注入器等設備的不可缺少的部件。
氣體放電、電子束對氣體原子(或分子)的碰撞，帶電粒子束使工作物質濺射以及表面電離過程都能產生離子，並被引出成束。根據不同的使用條件和用途，目前已研製出多種類型的離子源。使用較廣泛的有弧放電離子源、PIG離子源、雙電漿離子源和雙彭源。這些源都是以氣體放電過程為基礎的，常被籠統地稱為弧源。高頻離子源則是由氣體中的高頻放電來產生離子的，也有廣泛的用途。新型重離子源的出現，使重離子的電荷態顯著提高，其中較成熟的有電子迴旋共振離子源(ECR)和電子束離子源(EBIS)。負離子源性能較好的有轉荷型和濺射型兩種。在一定條件下，基於氣體放電過程的各種離子源，都能提供一定的負離子束流。
基本原理
雙電漿離子源是在非均勻磁場中工作的一種弧放電離子源。它的電極系統和磁系統都經過精心安排，使得放電產生的電漿發生兩次收縮(幾何箍縮和磁箍縮)。由於引出的離子流強度大、亮度高、而主體結構又比較緊湊，使用十分普遍。
大功率的雙電漿離子源能產生安培級以上的正離子束，是一種有效的強流離子源。正離子被中和以後，就轉化為中性束。從雙電漿離子源中可以直接引出負離子束，也可以先引出正離子束，再用間接方法得到負離子。
圖1雙電漿離子源由陰極、中間電極和陽極組成，如圖1所示。中間電極的電位高於陽極，它們都是用鐵磁材料作成的，是磁路的一部分。
雙等高子體的“雙”字是指這種離子源中以中間電極為界形成了兩個電漿。這種類型的源，由於電弧放電被壓縮到局部區域，能產生高密度的電漿，因而能提供幾百毫安數量級的強流離子束，所以20多年來，它一直是最重要的離子源之一。它的缺點是結構複雜、消耗功率大、冷卻麻煩、壽命較短等。
圖2典型的雙電漿離子源結構如圖2所示。它的放電機構由熱陰極3，中間極4，陽極s和產生磁場的線圈2組成。引出系統則由陽極5，電漿膨脹杯9和引出極7構成。
陰極一般採用鎢絲或氧化物等熱陰極。中間電極用鐵磁材料製成，它在靠近陽極的一端做成圓錐狀，通常錐張角取110°，中間開有一個5mm左右的小孔。陽極需用耐高溫材料製成，一般用鋁做成一個圓片並鑲在陽極座上，以便更換。陽極的中間也開有一小孔，孔徑為0.5~1.5mm左右。陽極座也用鐵磁材料製成。中間電極和陽極座都是磁路的一部分。引出極一般用不鏽鋼製成，引出孔的直徑為5mm左右。外殼用純鐵，它也是磁路的一部分。雙等源在工作時，它的陽極座和磁場線圈都需要通水或油進行冷卻。
雙等源工作時需要提供幾種電源，它們是電磁鐵電源，陰極加熱電源，起弧電源。起弧電源加在陽極和陰極之間，中間電極也加正電位，通常取陽極電壓的一半。有的雙等源中間電極不接任何電源，而是處在一個浮動電位上。
