强流高电荷态离子的产生和传输研究

本文对ECR离子源强流高电荷态离子的产生、金属离子的产生、强流多电荷态混合离子束的传输做了深入细致的研究。设计建造了一台全新的高电荷态ECR离子源-LECR3（兰州第三台高电荷态ECR离子源），该离子源的目标是产生强流高电荷态离子，设计上应用了多种提高高电荷态离子产额的关键技术：采用了高磁场模式；在保证弧腔内壁处径向磁场的前提下尽量增大弧腔的内径；使用铝制等离子弧腔；应用负偏压技术；新的微波馈入方式。经过调试和优化，其结果达到了国际同类离子源最好水平，其中O7+和Ar11+的束流强度为240eμA，O6+为780eμA，Xe26+为90eμA，Xe30＋也有6eμA。目前该离子源已经投入原子物理实验平台供束近两年。进行了金属离子产生的研究，并且成功地为加速器提供了5种金属离子。设计了一种结构紧凑的微小型金属加热炉，经过调试和优化，用炉子加热法在离子源上产生了多种金属的高电荷态离子，其中Ca11+可以达到140eμA，针对该种炉子的缺点又设训一了一种高温炉；用MIVOC（Metallic Ionfrom VOlatile Colnpounds）法调试了镍和铁的离子，其中Fe13+的束流强度为140eμA，为目前国际同类离子源最好水平。提出了一种全新的研究低能强流多电荷态混合离子束传输的方法，包括理论和实验两部分，理论上采用蒙特卡罗方法来模拟离子的传输轨迹，考虑电荷交换和空间电荷效应的影响，自行编写了MCIB计算程序，并进行了初步计算；实验上采用单丝和Wien-Filter探测技术来监测混合束的传输路径和某一截而上的各不同元素种类和不同电荷态离子的密度分布，做了初步实验，并且对计算结果和实验结果做了比较和分析，给出了该类束流的传输特性。