阅读说明：本技术 一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源 (Stable-state high-beam-density long-life lithium ion source suitable for accelerator ) 是由 胡广海 邵林明 陈良 王一丰 陈冉 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源,包括：钼骨架、多孔基板、钨铼丝金属网；所述的钼骨架为圆桶形,包括顶部和环形外壁；所述钼骨架顶部设置有开槽,用于放置多孔基板,所述多孔基板采用钼粉和氧化铝粉末压制烧结而成；在钼骨架顶部凹槽周围设置有环形台阶,环形台阶上设置有多个开孔,钨铼丝多次穿过所述开孔编织成网状结构,锂霞石与去离子水混合物均匀涂在多孔基板结构表面并覆盖钨铼丝网,编织钨铼丝网与锂霞石涂层在真空环境下一同烧结,得到发射涂层,编织钨铼丝网与锂霞石涂层形成了类似钢筋混凝土结构,形成整体结构。本发明加强了发射材料与整体结构附着强度,提高了锂离子源的发射能力和使用寿命。(The invention provides a steady-state high-beam-current-density long-life lithium ion source suitable for an accelerator, which comprises: a molybdenum skeleton, a porous substrate and a tungsten-rhenium wire metal net; the molybdenum framework is in a barrel shape and comprises a top and an annular outer wall; the top of the molybdenum skeleton is provided with a slot for placing a porous substrate, and the porous substrate is formed by pressing and sintering molybdenum powder and alumina powder; the method comprises the steps of arranging an annular step around a groove in the top of a molybdenum skeleton, arranging a plurality of openings on the annular step, enabling a tungsten-rhenium wire to penetrate through the openings for multiple times to be woven into a net-shaped structure, uniformly coating a mixture of eucryptite and deionized water on the surface of a porous substrate structure and covering a tungsten-rhenium wire mesh, sintering the woven tungsten-rhenium wire mesh and the eucryptite coating together in a vacuum environment to obtain an emission coating, and forming a similar reinforced concrete structure by weaving the tungsten-rhenium wire mesh and the eucryptite coating to form an integral structure. The invention enhances the adhesion strength of the emission material and the whole structure, improves the emission capability of the lithium ion source and prolongs the service life of the lithium ion source.)

一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源

技术领域

本发明涉及EAST托卡马克装置上锂离子加速器，具体是一种适用于锂加速器的高束流密度、长寿命的锂离子源。

背景技术

无干扰获得边界等离子体密度、电流分布是研究等离子体不可或缺的重要物理量。国际上普遍使用高能锂中性束无干扰定点测量等离子体电子密度。而目前使用的锂离子源受限于基板材料，发射材料厚度，发射材料涂层和基板的结合力度影响，发射涂层经常出现龟裂、剥离等问题。为避免这些问题，往往都是通过减少涂层厚度，降低电流发射能力来实现。较薄的发射涂层导致离子源工作寿命较短，束流发射不理想，大大增加了系统维护时间。较弱的电流发射同时会给边界电子密度、电流分布带来较大的测量误差。

因此，高束流密度、长寿命锂离子源是降低利用锂中性束测量边界电子密度测量误差的理想解决方案。这就要求锂离子源在高温下发射涂层与基板之间不发生龟裂现象，高电压工作下涂层不会与基板剥离，且涂层厚度要显著提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于加速器的锂离子源制作方法，以实现锂离子源的高束流密度发射，长寿命，高电压下的工作能力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源，包括：钼骨架、多孔基板、钨铼丝金属网；所述的钼骨架为圆桶形，包括顶部和环形外壁；所述钼骨架顶部设置有开槽，用于放置多孔基板，所述多孔基板采用钼粉和氧化铝粉末压制烧结而成；在钼骨架顶部凹槽周围设置有环形台阶，环形台阶上设置有多个开孔，钨铼丝多次穿过所述开孔编织成网状结构，锂霞石与去离子水混合物均匀涂在多孔基板结构表面并覆盖钨铼丝网，编织钨铼丝网与锂霞石涂层在真空环境下一同烧结，得到发射涂层，编织钨铼丝网与锂霞石涂层形成了类似钢筋混凝土结构，形成整体结构。

进一步的，所述多孔钼粉与氧化铝压制成多孔结构基板，其热膨胀系数与钼骨架和锂霞石接近，不会因为在高温下膨胀发生涂层龟裂，所述高温范围为1350-1450摄氏度。

进一步的，所述利用骨架编织钨铼丝金属网，涂层与金属网形成类似于钢筋混凝土结构，防止高电压下涂层在静电力作用下剥离。

进一步的，所述多孔基板和钨铼丝金属网共同作用下，增加涂层厚度，延长离子源工作寿命。

进一步的，所述多孔基板是采用质量比75％钼粉和25％高纯氧化铝粉末混合物注入到钼骨架顶部凹腔中，在10T/cm²压力下将混合粉末压入顶部凹腔中，压制形成多孔结构的多孔基板。

进一步的，所述压制后多孔基板厚度为凹腔深度的一半；将钼骨架和多孔基板在真空环境下，缓慢加热至1600摄氏度，维持此温度6小时以上，然后缓慢降温至室温，钼骨架与多孔基板烧结在一起。

有益效果：

1、本发明将耐高温且坚固的圆柱形钼骨架在顶端开出凹槽，将钼粉与氧化铝粉末压制成多孔结构基板并在高温下烧结，形成一体结构。在钼骨架顶部台阶一周开孔，一定数量的小孔可以让钨铼丝多次穿过，织成网状结构，钨铼丝在高温工作后仍具有很好的柔韧性，不会碎裂。高纯锂霞石与去离子水混合物均匀涂在多孔基板结构表面并覆盖钨铼丝网，在高温、真空环境下再次烧结，多孔基板粗糙的表面与锂霞石涂层有很好的贴合度，钨铼丝网与锂霞石涂层形成了类似钢筋混凝土结构，形成整体结构。

2、多孔钼粉与氧化铝压制成多孔结构基板，其热膨胀系数与钼骨架和锂霞石接近，不会因为在高温下膨胀发生涂层龟裂。

3、利用骨架编织钨铼丝金属网，涂层与金属网形成类似于钢筋混凝土结构，这样能保证在高电压下涂层不会在静电力作用下剥离。

4、多孔基板和钨铼丝金属网共同作用下，可以让涂层厚度大大增加，极大地延长了离子源工作寿命。

附图说明

图1为本发明一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源结构截面视图；

图2为本发明锂离子源的爆炸图。

其中：1钼骨架，2多孔基板，3钨铼丝金属网，4发射涂层，5穿丝孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-2所示，根据本发明的一个实施例，提出一种适用于加速器的稳态高束流密度长寿命锂离子源，包括，一种高机械强度的钼骨架1，钼粉和氧化铝粉末压制烧结的多孔基板2，钨铼丝金属网3，高纯锂霞石粉末烧结的发射涂层4，在钼骨架1上的穿丝孔5用来编织钨铼丝金属网。采用钼骨架1，钼和氧化铝粉末制作的基板和发射涂层具有相近的热膨胀系数，保证发射材料在基板上的附着性同时也能保证发射材料不会因为热膨胀发生龟裂。钨铼丝金属网与锂霞石发射材料烧结在一起，形成了类似钢筋混凝土结构，保证了发射材料不会在静电力作用下剥离离子源骨架。

根据本发明的一个实施例，所述高机械强度的钼骨架1采用高反射率钼材料制成，形状为桶形，包括顶部和环形外壁；在顶部有一个环型凹腔，凹腔深度为4mm，周围有一个环形台阶，所述台阶的高度2mm，宽度1.5mm。

根据本发明的一个实施例，所述多孔基板2是采用质量比75％、直径50微米高纯钼粉和25％高纯氧化铝粉末混合物注入到钼骨架顶部凹腔中，在10T/cm²压力下将混合粉末压入顶部凹腔中，形成多孔结构的多孔基板2。压制后多孔基板2厚度为凹腔深度的一半。将钼骨架1和多孔基板2在真空环境下，缓慢加热至1600摄氏度，维持此温度6小时以上，然后缓慢降温至室温。钼骨架1与多孔基板2烧结在一起，因钼骨架1与多孔基板2成分类似，所以膨胀系数接近，有助于缓解因热膨胀系数不同引起的骨架与基板分离。

根据本发明的一个实施例，在钼骨架1圆周台阶开孔，在每一个金属孔穿直径0.2mm钨铼丝编织成金属网。钨铼丝能在多次加热下仍保持较强的韧性和机械强度。

根据本发明的一个实施例，将高纯(99.5％)锂霞石粉末用去离子水搅拌，然后填入钼骨架台阶凹腔内，这样能附着在多孔基板上，并与钨铼丝金属网3形成类似于钢筋混凝土结构。采用这种结构，表面涂层厚度可以达到1-2mm。在室温环境下，表面涂层经过48小时缓慢阴干，这样粉末涂层不会干裂。

根据本发明的一个实施例，将制作好的离子源骨架放入真空炉中，经过120分钟缓慢加热至1415摄氏度，并在这个温度维持10分钟，然后真空炉缓慢降温直至室温状态。经过以上步骤，本发明的锂离子源制作完成。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。