ECR离子源中的微波功率在线测量3-强激光与粒子束.PDF

　第 17 卷 　第 9 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 17 ,No . 9 　 　2005 年 9 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R T ICL E B EA M S Sep . ,2005 　 文章编号 : 　100 14322 (2005) ECR 离子源中的微波功率在线测量 1 1 1 1 1 周长庚 , 　亢 　武 , 　胡永宏 , 　李 　彦 , 　娄本超 , 1 1 1 2 祖秀兰 , 　熊日恒 , 　陈俊光 , 　黎晓云 ( 1. 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 62 1900 ; 　2 . 电子科技大学 物理电子学院, 四川 成都 6 10054) 　　摘 　要 : 　在中子发生器中采用 ECR 离子源是一种新技术 。由于受结构的限制 , ECR 离子源不能像高频 源离子源那样通过观察气体放电的颜色判断其工作状态 ,所以在运行中调节状态非常困难 。解决这个问题的 方法是 :用定向耦合器加微波小功率计的方法在线测量 ECR 离子源的微波入射功率 ,通过微波入射功率可以 直接得到 ECR 离子源引出离子束流的大小 ,从而推断微波信号源的放电过程是否正常 ,然后调整 ECR 离子 源 ,最终使中子发生器工作在最佳状态 。从 ECR 离子源后面的引出电极测得的最大束流为 20 mA ,且工作长 时间稳定 ,当微波功率在 160 W～500 W 之间时 ,放电效果较好 ,离子束流随微波功率的增加而增加 。 　　关键词 : 　ECR 离子源 ; 　微波功率 ; 　在线测量 ; 　离子束流 　　中图分类号 : 　TM93 1 　　　　文献标识码 : 　A 　　我们正在尝试在中子发生器中采用 ECR ( Elect ron Cyclot ron Re so nance) 离子源 。过去 , 因为尺寸大 、功 耗高 , ECR 离子源很少用作中子发生器的注入源 。随着技术进步和工艺的提高 ,尺寸大 、功耗高的问题已经基 本解决[ 1 ] , 已经有人尝试在中子发生器上使用 ECR 离子源[2 ] 。但 目前还没有现成的经验可以借鉴 。与高频源 离子源相比, ECR 离子源的优点是工作寿命长 、束流强度大 、对真空要求低 。在运行实践中 ,发现 ECR 离子源 的缺点之一是 , 由于受结构的限制 ,不能像高频源离子源那样 ,在放电室通过观察气体放电的颜色判断离子源 是否工作在最佳状态 ,而离子源的工作状态决定中子发生器运行状态 。当然 ,引出束流也可以反映放电质量的 好坏 。但是 ,在中子发生器运行时 ,难以实际测量离子源引出束流的大小 。所以,在运行中调节 ECR 离子源状 态非常困难 。 　　采用在线微波测量的方法解决了观察和调整 ECR 离子源状态的难题 。具体地说 ,就是通过在线测量微波 源的入射功率和反射功率 ,导出离子源引出离子束流的大小 ,从而定性判断 ECR 离子源气体放电过程是否正 常 ,测量结果由微波功率计和计算机 CR T 显示 ,操作人员据此调整微波源的相关参数 ,使 ECR 离子源的束流 输出达到所需要的状态 。另外 ,通过对微波反射功率的监测 ,可以及时了解其是否超过设定的危险阈值 , 以保 护磁控管 ,避免损坏 。 1 　微波功率测量的基本原理 　　微波功率测量电路的连接方式一般分为终端式和通过式 。在系统中采用通过式电路 , 即定向耦合器加小 微波功率计方式 ,如图 1 所示 。实际上是用定向耦合器把大功率微波变换成小功率 ,设定向耦合器的过渡衰减 Fig . 1 　Principle drawing of micr