1、 第二章 帶電粒子的產(chǎn)生 一、電子槍 二、離子源 一、電子槍（1）熱發(fā)射電子槍 常用材料：鎢絲，六硼化鑭 方式：直熱式，間熱式 束流調(diào)節(jié)方法：燈絲電流，柵極電壓 （2） 場(chǎng)致發(fā)射電子槍計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)上海EBIT中的電子槍 離子源的分類： 按產(chǎn)生離子的機(jī)制分為：氣體離子源 固體表面離子源 氣體離子源：電子碰撞產(chǎn)生等離子體，引出離子，又稱等離子體離子源 二、離子源1 概述氣體離子源的組成： 對(duì)離子源的要求要求離子種類多、電荷態(tài)高要求離子束的強(qiáng)度足夠大要求離子束的發(fā)射度小、亮度高、能量分散小要求離子源的壽命長(zhǎng)要求離子源的效率高 等離子體離子源原理 等離子體：包含有帶電粒子，氣體分子，原子，但不存在空

2、間電荷的空間。而且由于正、負(fù)帶電粒子的濃度相等，故稱為等離子體。 等離子體的形成和復(fù)合 以氫分子為例，其主要電離過(guò)程有：原子和分子俘獲一個(gè)電子形成負(fù)離子，因此放電室中有中性粒子、電子、正離子和負(fù)離子。電離的逆過(guò)程，稱為復(fù)合。復(fù)合現(xiàn)象主要發(fā)生在放電室壁附近，并與壁的材料有關(guān)。金屬的復(fù)合系數(shù)高于絕緣材料，因此有些離子源的放電室采用石英或優(yōu)質(zhì)玻璃制成。復(fù)合現(xiàn)象對(duì)工作狀態(tài)影響不大的離子源，放電室仍由金屬制成。采用附加磁場(chǎng)，以增加等離子體密度離子源的引出2 幾種常用的等離子體正離子源（1）高頻離子源放電原理：在高頻源中，電子從高頻電磁場(chǎng)中得到能量，并與氣體分子碰撞使其電離，產(chǎn)生等離子體。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

3、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定、離子含量高流強(qiáng)可達(dá)10mA量級(jí)常規(guī)的高頻離子源在常溫下只能電離氣體狀態(tài)的物質(zhì)，因此能產(chǎn)生的離子種類少 高頻放電是電感耦合，頻率20MHz，氣耗7.5mL/h，可引出500A正離子束，原子離子80%，能散4050eV （2）潘寧離子源 PIG源（Philips Ionization Gauge）放電原理 ：從陰極發(fā)射出的電子在陰極和對(duì)陰極之往返的運(yùn)動(dòng)同時(shí)，又受到軸向磁場(chǎng)的約束，使電子沿軸線做螺旋運(yùn)動(dòng)。從而增加了與氣體分子發(fā)生電離碰撞的概率。流強(qiáng)可達(dá)幾百mA量級(jí)可以產(chǎn)生多電荷態(tài)的離子潘寧源有冷陰極、熱陰極、電子轟擊型間熱陰極、弧放電加熱的自熱陰極等等潘寧源的引出系統(tǒng)有軸向和徑向兩

4、種，軸向引出比徑向引出的離子流發(fā)射度好，流強(qiáng)高一個(gè)量級(jí)，但電荷態(tài)較低，而且分子態(tài)離子多，徑向引出幾乎沒(méi)有分子態(tài)離子。放電電流700mA，可引出42mA離子束（3）雙等離子體離子源電極形狀使電弧放電形式的等離子體壓縮一次，再由不均勻軸向磁場(chǎng)完成第二次壓縮，從而提高了等離子體的密度。磁壓縮：當(dāng)電子流通過(guò)中間電極和陽(yáng)極之間的非均勻軸向磁場(chǎng)時(shí)，再一次受到磁場(chǎng)的聚焦，形成對(duì)等離子體的第二次壓縮機(jī)械壓縮：中間電極錐形收縮的幾何形狀導(dǎo)致電子流的聚焦和進(jìn)一步加速，使電離強(qiáng)化，形成密度較高的“等離子體泡”，也稱為靜電壓縮三種正離子源性能比較及其應(yīng)用：高頻離子源：?jiǎn)卧与x子比例大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng) 輸出超過(guò)10mA時(shí)散熱及真空不易解決 常用于高壓倍加器潘寧源：氣體利用率高，功耗低，壽命長(zhǎng) 用于回旋加速器、靜電加速器、直線加速器雙等源：氣體利用率高，流強(qiáng)大，亮度大 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壽命較短 用于要求高流強(qiáng)、高束流光學(xué)品質(zhì)的高能加速器 串列靜電加速器等3 固體表面電離源： 熱表面電離離子源 濺射離子源4 其他離子源： 負(fù)離子源 多電荷（重）離子源 脈沖離子源 課后作業(yè)1）電子槍引出電壓20kV ,電子橫向熱