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EAST NBI束线综合测试台已研制完成并具备一台兆瓦级离子源测试运行的全套电源设备,包括离子源灯丝电源、弧电源、加速器电源、抑制极电源、偏转磁体电源及缓冲器电源等。介绍了EAST兆瓦级离子源进行起弧放电调试运行的方式,叙述了各套离子源电源系统的设计结构、技术特点及运行控制方式,分析了离子源电源系统稳定可靠运行需要解决的各个难点,给出了EAST束线样机进行高功率及长脉冲束引出测试运行的实验结果。     

Freeman离子源的特性与改进研究

此文简要叙述用于离子束材料改性装置的Ｆｒｅｅｍａｎ离子源的特性，其主要参数：灯丝电流、孤压、磁场、气流量和吸极电压与引出离子束流强的关系。对源体内部因微漏冷却水（真空度由３．９×１０－４降至４．２×１０－４Ｐａ）致使气体分子电离、起弧困难和等离子体不稳作了实验研究；对灯丝与弧室间的氮化硼绝绝物上沉积被溅射出的Ｗ、Ｍｏ原子导致绝缘下降、灯丝寿命缩短进行了部份结构改进。结果表明，提高加工工艺，确保真空系统密封性能和输入气体纯度对弧室内气体分子碰撞电离和等离子体的稳定至关重要；在ＢＮ绝缘物上放置钼制屏蔽罩有效地屏蔽掉Ｗ、ＭＯ原子沉积使灯丝寿命延长一倍，达到了４０小时。     

用于静电加速器的高频离子源及其引出特性

 根据离子束生物工程的需要,设计和研制了一台用于静电加速器的小型高频离子源。针对使用环境从理论上确定了离子源的结构和尺寸。通过实验调试取得了引出束流与引出电压、聚焦电压以及放电气压之间的变化特性曲线,测定了引出束流的束径包络,对束流的不稳定性进行了分析,在设计中采取了有效的措施抑制束流不稳定性。结果表明,离子源的最佳工作条件为引出电压1 600V~1 800V,放电气压在（4~8）×10^-4Pa范围,此时离子源可引出最大束流30μA。束流大小及其稳定性均达到预期要求。     

HL-2Aװ��NBI����Դ���Ƽ���Դ��ʵ�����

为提高NBI系统的稳定运行参数和可靠性,研制了一台基于高频开关电源技术的全固态调制输出负高压测试电源,并将HL-2A装置NBI系统原4套抑制极电源的电子管调制器改为基于IGBT串联技术的全固态调制器.对比原抑制极电源系统,给出了基于高频开关技术和IGBT串联技术的抑制极电源结构.结合NBI系统调试实验,通过调节抑制极电源电压,瞬态电流输出能力,分析了抑制极电源输出性能对离子源束流引出特性,离子源引出电极击穿特性的影响,获得了引出稳定离子束流的最低抑制电压.     

闪光二号加速器气体主开关同步触发系统

 设计并调试了闪光二号加速器气体主开关同步触发系统。该系统主要由同步控制部分和高压脉冲形成部分构成。整个触发过程包括同步信号的引出、整形滤波、快速比较电路传输、前级脉冲形成、高压脉冲产生。通过对同步信号的整形处理，解决了发生器电流上的高频信号干扰问题；经过快速比较电路和前级脉冲后，选取了同步信号开始工作的时间点，并形成十几V的触发信号；高压脉冲形成部分主开关采用场畸变结合预电离的方式，该结构的气体开关时间响应为50 ns，抖动小于5 ns，满足使用要求。调试结果表明:该系统输出脉冲电压幅值100 kV，前沿小于10 ns，系统的工作时延440 ns，抖动13.5 ns；可通过增加电缆长度来控制触发信号到达气体开关的时刻，实现气体主开关与Marx发生器的延时同步工作。     

中性束离子源实验平台80k V/50A/20ms高压电源设计分析与优化

高压电源是中性束加热用离子源束流引出的关键设备，其运行参数和性能直接决定引出束粒子能量和离子源引出效率。为了进一步提高中性束离子源实验平台高压运行参数和性能，重新优化设计并研制了80k V/50A高压电源的所有模块。首先介绍了80k V/50A高压模块电源的主电路拓扑结构和电源模块，运用仿真软件对高压电源主回路进行了充放电、打火保护仿真，仿真结果符合设计要求。最后，通过调试实验发现了电源模块存在空间绝缘不足、整流桥击穿、触发控制不响应等问题，进行了分析优化改进，完成了80k V/50A高压模块电源的升级研制。     

用于NPA标定系统的高频离子源研制

研制了一台用于Neutral Particle Analyzer(NPA)标定系统的高频离子源,对其性能参数进行了实验测量,得到引出束流与高频振荡器板压、引出电压及放电气压之间的特性曲线,对影响引出束流稳定性的原因进行了分析.结果表明:当工作气体为氢气,在板压580 V、引出电压1600 V、聚焦电压1550 V和气压9.5×10~(-4) Pa时,能引出66μA的离子流;在41μA束流条件下,4小时内的束流稳定性优于2.6%,影响束流稳定性的主要因素是放电管内工作气体气压的波动和等离子体温度的升高.此结果可以满足HL-2A/M上NPA系统的标定对离子源的要求.     

不同磁路电子回旋共振离子源引出实验

空间推进所用的电子回旋共振离子源(ECRIS)应具有体积小、效率高的特点. 本文研究的ECRIS使用永磁体环产生磁场, 有效减小了体积, 该离子源利用微波在磁场中加热电子, 电子与中性气体发生电离碰撞产生等离子体. 磁场在微波加热电子的过程中起关键作用, 同时影响离子源内等离子体的约束和输运. 通过比较四种磁路结构离子源的离子电流引出特性来研究磁场对10 cm ECRIS性能的影响. 实验发现: 在使用氩气的条件下, 特定结构的离子源可引出160 mA的离子电流, 最高推进剂利用率达60%, 最小放电损耗为120 W·A^-1; 所有离子源均存在多个工作状态, 工作状态在微波功率、气体流量、引出电压变化时会发生突变. 离子源发生状态突变时的微波功率、气体流量的大小与离子源内磁体的位置有关. 通过比较不同离子源的引出离子束流、放电损耗、气体利用率、工作稳定性的差异, 归纳了磁场结构对此种ECRIS引出特性的影响规律, 分析了其中的机理. 实验结果表明: 保持输入微波功率、气体流量、引出电压不变时, 增大共振区的范围、减小共振区到栅极的距离, 离子源能引出更大的离子电流; 减小共振区到微波功率入口、气体入口的距离能降低维持离子源高状态所需的最小微波功率和最小气体流量, 提高气体利用率, 但会导致放电损耗增大. 研究结果有助于深化对此类离子源工作过程的认识, 为其设计和性能优化提供参考.     

胡椒孔法在强流脉冲离子束中的发射度测量

真空弧离子源的引出束流具有低能、强流等特点,当离子源工作在单脉冲模式时,被广泛采用的缝-杯式和Alison式发射度测量方法不再适用。采用基于成像板的胡椒孔法测量了真空弧离子源的发射度。初步研制了胡椒孔法发射度测量装置,利用该装置测量了引出电压为64 kV时脉冲束流的发射度和发射相图。在x方向和y方向,测得归一化均方根发射度分别为6.41,4.61 mmmrad。测量结果表明该真空弧离子源在64 kV时的归一化发射度远大于其他类型的离子源的发射度。     

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HT-7中性束诊断电源系统的计算机控制系统由PLC、工控机、逻辑控制和定时单元等组成。对起弧、束流引出等实验进行了研究。在多种参数下,通过调节弧压、进气量等观察了其对弧流的影响。初步实验结果表明,在高压35kV、弧流80A的情况下,束电流可以达到3.6A,引出的中性束流功率可以稳定地达到50kW以上。     

5MW中性束弧电源DC/DC变换器的设计与实现

中性束离子源弧放电具有气体放电等离子体的非线性特性,工作时还会受到气体压强、外磁场、阴极状态等因素的影响,采用晶闸管相控调压技术的弧电源很难实现对这种大功率电弧的稳定的闭环控制。为此,提出了一种多相多重的大电流DC/DC变换器,具有响应速度快、电流上升时间短、电流纹波小等特点,大幅提高了离子源弧放电闭环控制的稳定性。设计了滤波电感能量回馈电路,弧电源可以根据中性束系统的需要使弧电流快速减小0%~100%(可调),然后根据控制信号迅速恢复正常弧电流输出,形成一个弧电流凹坑。电源还采用超级电容储能技术,使电源体积减小了2/3,电网容量小于10kV·A。离子源放电时不会受到电网波动的影响,弧放电更加稳定。实验数据显示:该电源最大输出为220kW/1500A,电流纹波在1%以内,电流上升时间约100μs,最大超调量小于3%,可以满足5 MW中性束离子源及系统的要求。     

多靶强流铯溅射离子源的研制

多靶强流铯溅射离子源是多种加速器中常用的离子源之一，在科学研究和工业生产领域的应用十分广泛。但是，目前商业化应用的该种离子源由欧美几个国家垄断，国内还没有厂家能够生产。为了提高加速器运行和建造中的自主化水平，研制了一种多靶强流铯溅射离子源。该离子源主要由离子源腔、换靶装置、冷却系统、控制箱等组成，根据功能需求对其关键部件进行结构设计，采用了全新的伺服电机驱动换靶方式，提供靶位微调功能和远程控制模式，并使用Opera-3D软件模拟优化结构参数和束流光路。经过测试，该离子源在中国原子能科学研究院的400 kV小型加速器质谱(AMS)装置上应用情况良好，换靶定位精准，供束稳定，束流参数达到进口离子源的参数指标，实现了预期目标。     

医用加速器装置的离子源进气系统控制

HIMM是国产自主研发的医用加速器装置，作为目前最大的医学放疗装置，整个加速器控制系统的稳定性和可靠性要比工业系统有更高的要求。离子源针阀是离子源产生束流的重要组件，气体流量的大小和混合比直接影响源体真空度、电离效率、离子源稳定性等。本文针对HIMM离子源进气系统设计了基于三菱伺服电机和菲尼克斯PLC的控制系统，从系统结构、硬件设计、软件设计、数据分析等方面进行了介绍。为保证系统稳定性，加入伺服驱动器与相关真空度的硬连锁和远程开关功能。经过实际测试，该系统运行稳定，定位精度可达0.1?，满足设计要求。     

HL-2A装置NBI加热束线束光学特性

中性束离子源束光学特性直接影响中性束注入功率。通过理论计算和实验扫描的方式对引出束半宽度随导流系数的变化进行了研究。理论上, 采用IGUN程序对HL-2A装置的三电极引出加速器进行了束元轨迹模拟, 采用束几何光学计算程序对高斯束元进行叠加, 得到了在束线量热靶处引出束的1/e半宽度。实验上, 在放电气体为氘气, 弧放电电流分别为200, 300, 400 A时, 对引出高压进行扫描, 利用量热靶上的热偶测量了不同位置处的温升, 用高斯函数拟合得到引出束的分布和1/e半宽度。理论计算和实验结果都表明, 束半宽随着导流系数的增加先减少后逐渐增加。理论计算结果表明不同离子束流下的最佳导流系数值基本不变, 而实验上, 弧流为200, 300, 400 A时, 对应的最佳导流系数分别为1.6, 1.7, 1.85 P。     

Electron beam extraction from a broad-beam vacuum-arc metal plasmasource

We describe experiments demonstrating the formation of a high current electron beam from a vacuum arc plasma. A preexisting vacuum arc ion source was used, with the extraction voltage reversed in polarity so as to form an electron beam rather than an ion beam; no other changes were required. The beam formed was of energy up to 33 keV, beam current up to 70 A, beam diameter about 10 cm, pulse width 500 μs, and energy density up to 25 J/cm². This kind of source can be used for material surface modification     

4MV静电加速器调试中出现的问题

介绍了静电加速器的结构以及调试中出现的离子源不放电、控制系统失灵和加速管破裂等技术问题，分析了出现这些问题的原因以及解决办法，调试出了流强为100μA、能量在3MeV以上的稳定质子流。The structure of electrostatic accelerator and some technical problems arising in development, including the RF ion source doesn＇ t produce discharge, the controlling system is out of order and the accelerating tube cracks et al. , are introduced; the reasons and the solving means of these problems are analyzed; a stable proton beam with 100 μA and 3 MeV is obtained.     

同步辐射光源的反馈控制模型

同步辐射光源的不稳定性是客观存在的问题,产生不稳定性的原因很多。对系统中客观存在的物理现象进行了讨论,提出了一些解决问题的方法,特别是反馈控制。同步辐射加速器反馈控制是一个比较复杂的问题,它涉及到高能电子束团在相空间的稳定运动。在实际应用中,存在一些反馈系统在一定程度上改善了同步辐射光源的稳定性,对实际应用于同步辐射装置的反馈系统进行了分析,提出了适合于同步辐射光源的反馈控制模型。     

一台2.45GHz强流中子源

A 2.45GHz microwave-driven ion source is being used to provide 40mA of deuterium ion beam (peak current) for an RFQ accelerator as part of a neutron source system.We have also designed a 60kV electrostatic LEBT using computer simulations.In our experiment,we measured the hydrogen and deuterium ion beam currents as functions of discharge power,gas flow,and magnetic field strength.The required beam current was obtained using leas than 700W of net microwave power with a gas flow of less than 1.5sccm.From the rise time data,it was determined that in order to obtain a high percentage of atomic ions in the beam, the beam extraction should start after 1ms of switching on the microwave power.At steady state,the proton fraction was above 90%.