強(qiáng)流高電荷態(tài)難熔金屬離子的產(chǎn)生.pdf

1、自上世紀(jì)的80年代末，ECR離子源為核物理及重離子加速器等領(lǐng)域做出了突出的貢獻(xiàn)，此后世界各地的科學(xué)家們紛紛開展了對ECR離子源的研究。ECR離子源得到不斷發(fā)展，其種類從早期的第一代離子源裝置演變到如今以超導(dǎo)離子源技術(shù)為代表的第三代裝置，其所能產(chǎn)生的離子類型也已從早期的幾種氣體如氮?dú)?、氧氣等的中低電荷態(tài)離子，到現(xiàn)在從H到U的所有金屬或非金屬原子的高電荷態(tài)離子。
　　大部分金屬元素在自然界中處于固態(tài)，需要將其氣態(tài)化才能進(jìn)入ECR離子源

2、中產(chǎn)生對應(yīng)的元素離子，且氣態(tài)化的金屬原子（或簇團(tuán)）數(shù)量需達(dá)到一定值。當(dāng)前，在ECR離子源中產(chǎn)生這些在常溫常壓下只以固態(tài)形式存在的元素氣態(tài)主要有以下幾種方法:爐子加熱法、直接等離子體加熱法、等離子體濺射法、激光熔融技術(shù)以及揮發(fā)性化合物金屬離子(MIVOC，Metallic ion from volatile compound)法等，其中爐子加熱法具有束流強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。爐子加熱法按其工作溫區(qū)主要分為低溫爐、高溫爐，其中高溫爐主要針

3、對熔點(diǎn)1500℃以上的金屬元素如鈷、鈦、釩、鉑、鈾等的強(qiáng)流離子束產(chǎn)生。
　　本論文課題設(shè)計一種目標(biāo)工作在1800～2000℃的高溫金屬爐，通過ANSYS仿真模擬分析了直流加熱電阻爐中鉭坩堝的溫度分布及其在ECR離子源工作環(huán)境的強(qiáng)磁場中所受的洛倫茲力，并對坩堝高溫下所受熱應(yīng)力進(jìn)行模擬分析。根據(jù)模擬分析結(jié)果研制了直流加熱電阻爐的結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行了離線測試，實驗中鉭坩堝在1800℃以上發(fā)生的形變與ANSYS模擬結(jié)果相符，根據(jù)模擬分析給出

4、了改進(jìn)方案。改進(jìn)后的電阻式加熱高溫爐能在1500℃時穩(wěn)定維持48小時以上，而在1846℃時穩(wěn)定維持6小時以上。對直流加熱電阻爐進(jìn)行了在線測試，得到了25eμA的Ni19+以及185 eμA的Pb28+，驗證所設(shè)計的高溫爐能在ECR離子源強(qiáng)磁場的環(huán)境中工作，同時針對出現(xiàn)的問題分析了影響高溫爐穩(wěn)定運(yùn)行的因素。與此同時，研制了高頻加熱感應(yīng)爐及電子束加熱蒸發(fā)爐，并對兩者進(jìn)行了離線測試，結(jié)果表明兩者均能使坩堝溫度達(dá)到1800℃以上。對電子束加熱蒸