阅读说明：本技术 用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构 (Magnet structure for generating and extracting negative oxygen ion beam ) 是由 孙良亭 金钱玉 赵红卫 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构,包括：磁铁封装本体,为中空的筒状结构,所述磁铁封装本体上沿其中心孔周向设置若干磁铁容置槽,且各磁铁容置槽沿轴向贯穿磁铁封装本体的两端面；磁铁,若干列所述磁铁分别封装于各个所述磁铁容置槽内,若干列磁铁被配置为在所述磁铁封装本体的中心轴线位置产生二极磁场。本发明能够提高引出负氧离子束的亮度；同时通过磁铁一端的过滤磁场,过滤掉与负氧离子一起被引出的电子,可以降低引出电源的功率及引出电极承受的热负载；通过该磁铁结构的引入,可以降低离子源的建造成本及显著延长离子源的运行寿命。(The invention relates to a magnet structure for generating and extracting negative oxygen ion beams, which comprises: the magnet packaging body is of a hollow cylindrical structure, a plurality of magnet containing grooves are formed in the magnet packaging body along the circumferential direction of a central hole of the magnet packaging body, and each magnet containing groove penetrates through two end faces of the magnet packaging body along the axial direction; the magnets are respectively packaged in the magnet containing grooves, and the magnets in the rows are configured to generate a dipolar magnetic field at the central axis position of the magnet packaging body. The invention can improve the brightness of the extracted negative oxygen ion beam; meanwhile, electrons led out together with negative oxygen ions are filtered out through a filtering magnetic field at one end of the magnet, so that the power of an outgoing power supply and the heat load born by an outgoing electrode can be reduced; by introducing the magnet structure, the construction cost of the ion source can be reduced, and the service life of the ion source can be obviously prolonged.)

用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构

技术领域

本发明涉及二次离子质谱仪的负氧离子束打靶技术领域，具体是关于一种用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构。

背景技术

二次离子质谱仪具有高精度、高灵敏度、高分辨率、高效率微区原位同位素和元素分析能力，在地球科学、材料科学、海洋科学、核科学和生命科学等领域有广泛的应用，是目前国际上最先进的大型微区原位分析仪器之一。射频负氧离子源是目前二次离子质谱仪上所采用的最先进的离子源，用来产生O^-、O₂ ^-离子，可用于地质年代学等领域开展科学研究。地质年代学分析主要利用放射性同位素来测定不同类型岩石与矿床形成年龄，目标测试离子为电正性的放射性同位素离子，由于强电负性的O^-、O₂ ^-离子可以有效提高电正性的二次离子产率，降低荷电效应对分析的影响，而其他类型离子不能高效产生二次离子，因此负氧离子源作为二次离子质谱仪器的初级离子束离子源，被广泛应用于地质年代学微区原位分析。

然而，在许多前沿领域和热点问题的研究中，为了提高事件年龄测量的精度，需要高亮度高空间分辨的负氧离子束。现有的射频负氧离子源上，并没有引入磁场对等离子体进行约束以及对负氧离子形成过程进行优化。为了提升负氧离子束的亮度及空间分辨能力，需要对负氧离子的形成及引出过程，引入磁场进行干预，可以使离子源的性能有显著的提升。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构，能够提高引出负氧离子束的亮度；同时通过磁铁一端的过滤磁场，过滤掉与负氧离子一起被引出的电子，可以降低引出电源的功率及引出电极承受的热负载；通过该磁铁结构的引入，可以降低离子源的建造成本及显著延长离子源的运行寿命。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明所述的用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构，包括：磁铁封装本体，为中空的筒状结构，所述磁铁封装本体上沿其中心孔周向设置若干磁铁容置槽，且各磁铁容置槽沿轴向贯穿磁铁封装本体的两端面；磁铁，若干列所述磁铁分别封装于各个所述磁铁容置槽内，若干列磁铁被配置为在所述磁铁封装本体的中心轴线位置产生二极磁场。

所述的磁铁结构，优选地，所述磁铁容置槽的数量为20个，且各所述磁铁容置槽在所述磁铁封装本体上呈放射状均匀分布；相应地，所述磁铁也为20列。

所述的磁铁结构，优选地，由所述磁铁封装本体的水平方向沿逆时针开始数，奇数列的所述磁铁被配置为产生横向磁场，且两相邻奇数列的磁铁为一组，每组相邻奇数列的磁铁的磁场方向相对；偶数列的所述磁铁被配置为产生径向磁场。

所述的磁铁结构，优选地，所述偶数列的第2、6、10、14、18列的所述磁铁为N极磁铁；所述偶数列的第4、8、12、16、20列的所述磁铁为S极磁铁。

所述的磁铁结构，优选地，在第5、6、7列的所述磁铁的一端切掉一部分，切掉部分更换为S极磁铁；同时，在第15、16、17列的所述磁铁的一端也切掉一部分，切掉部分更换为N极磁铁；且两个切掉部分位于同一端。

所述的磁铁结构，优选地，所述磁铁封装本体由铝材料制成。

所述的磁铁结构，优选地，所述磁铁为全永磁材料。

所述的磁铁结构，优选地，所述磁铁封装本体的两端形成法兰结构，各所述磁铁容置槽贯穿所述磁铁封装本体两端的法兰端面。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明能够提高引出负氧离子束的亮度；同时通过磁铁一端的过滤磁场，过滤掉与负氧离子一起被引出的电子，可以降低引出电源的功率及引出电极承受的热负载；通过该磁铁结构的引入，可以降低离子源的建造成本及显著延长离子源的运行寿命。

本发明提出在负氧离子源上引入磁场，作用于负氧离子形成及引出过程，将有助于提升引出负氧离子束的亮度，最终用于二次离子质谱仪产生高亮度高空间分辨率一次离子束，全面提升仪器的性能和维护周期等。

附图说明

图1为本发明所述的磁铁封装本体的三维结构示意图；

图2为本发明所述的磁铁分布状态的三维结构示意图；

图3为本发明所述的磁铁分布展开结构示意图。

图中各附图标记为：

1-磁铁封装本体；2-磁铁；3-磁铁容置槽。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明提供一种用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构，包括磁铁封装本体，为中空的筒状结构，所述磁铁封装本体上沿其中心孔周向设置若干磁铁容置槽，且各磁铁容置槽沿轴向贯穿磁铁封装本体的两端面；磁铁，若干列所述磁铁分别封装于各个所述磁铁容置槽内，若干列磁铁被配置为在所述磁铁封装本体的中心轴线位置产生二极磁场。本发明能够提高引出负氧离子束的亮度；同时通过磁铁一端的过滤磁场，过滤掉与负氧离子一起被引出的电子，可以降低引出电源的功率及引出电极承受的热负载；通过该磁铁结构的引入，可以降低离子源的建造成本及显著延长离子源的运行寿命。

如图1和2所示，本发明提供的用于负氧离子束产生与引出的磁铁结构，包括：磁铁封装本体1，为中空的筒状结构，磁铁封装本体1上沿其中心孔周向设置若干磁铁容置槽3，且各磁铁容置槽3沿轴向贯穿磁铁封装本体1的两端面；磁铁2，若干列磁铁2分别封装于各个磁铁容置槽3中，若干列磁铁2被配置为在磁铁封装本体1的中心轴线位置产生二极磁场。

在上述实施例中，优选地，磁铁容置槽3的数量为20个，且各磁铁容置槽3在磁铁封装本体1上呈放射状均匀分布；相应地，磁铁2也为20列。

在上述实施例中，优选地，如图2和图3所示，由磁铁封装本体1的水平方向沿逆时针开始数，奇数列(如图中的1,3,5……15,17,19)的磁铁2被配置为产生横向磁场(图中表示为符号T)，且两相邻奇数列的磁铁2为一组，每组相邻奇数列的磁铁2的磁场方向相对；偶数列(如图中的2,4,6……16,18,20)的磁铁2被配置为产生径向磁场(图中表示为符号N或者S，分别代表N极或者S极)，且N极磁铁和S极磁铁交替布置。

在上述实施例中，优选地，如图3所示，偶数列的第2、6、10、14、18列的磁铁2为N极磁铁；偶数列的第4、8、12、16、20列的磁铁2为S极磁铁。

在上述实施例中，优选地，在第5、6、7列的磁铁2的一端切掉一部分，切掉部分更换为S极磁铁；同时，在第15、16、17列的磁铁2的一端也切掉一部分，切掉部分更换为N极磁铁，且两个切掉部分位于同一端。该磁场构型应用于离子源时，一端用于等离子体约束，另一端(分别包含3列较短的N极或S极磁铁)放置于离子束引出位置，可以过滤电子。该设计方案可在磁铁封装本体1中心轴线位置产生二极磁场，用于过滤随负氧离子一起被引出的电子，电子被过滤掉后，将极大的降低引出电源系统的功率，引出的电极承受的热轰击也将显著减小，降低了离子源的建造成本和提升了离子源长期运行的寿命。

在上述实施例中，优选地，磁铁封装本体1由铝材料制成，该材料对于磁场分布影响较小，同时若在实际应用中，等离子体在磁铁封装本体中心区域产生，等离子体轰击铝材料，会发射二次电子，可提高负氧离子产额。

在上述实施例中，优选地，磁铁2为全永磁材料。

在上述实施例中，优选地，磁铁封装本体1的两端形成法兰结构，各磁铁容置槽3贯穿磁铁封装本体1两端的法兰端面。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。