新一代多电荷态离子源的研究

离子源发展存在两大热点问题：其一强流高电荷态离子的产生；其二强流金 属离子的产生。为了获得强流高电荷态离子，我们设计制造了全超导 ECR 离子 源 SECRAL（Superconducting ECR ion source with Advanced design in Lanzhou） ， 该离子源采用了全新的超导磁体结构形式，工作于 18～28GHz 的微波频率。根据 scaling laws 和实验经验，我们确定了 SECRAL 离子源所需要的约束磁场场形， 并针对新的磁体结构设想，通过 TOSCA 程序进行了详细的计算，成功地设计出 满足我们场形要求的超导磁体物理模型。据此，我们进一步进行了超导磁体的力 学结构分析，为磁体机械工艺设计提供了参考依据，保证了超导磁体结构设计的 可靠性。源体建成后，经过一系列的测试和调束实验，不但验证了我们的设计和 分析是合理的、可靠的，而且创造了许多项束流调试的新世界纪录，我们分别获 得了 810 A eμ O7+ 、730 A eμ Ar 11+ 、220 A eμ Ar 14+ 、73 A eμ Ar 16+ 、483 A eμ Xe 20+ 等束 流。为了获得强流中低电荷态金属离子束，我们尝试探索一种原理、结构、工作 模式全新的离子源－外部电子注入PIG离子源（E-PIG） 。目前，我们基本按照我 们的初期设想设计建造了 E-PIG离子源，设计中采用了外部电子枪注入电子、空 心阴极、特殊的场形等手段来提高金属离子的电荷态和流强。经过初步的起弧调 试，我们发现在初期的设计中还存在一些问题亟待进一步整改。