離子源

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離子源是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技術語。

漢字，中國古人智慧的結晶。千百年間，它經歷了「甲金篆隸草楷行」的發展。從記錄的工具到藝術的載體，它的身上，傾注了無數先人的心血。

目錄

名詞解釋

離子源（英文名稱：Ion source）是使中性原子或分子電離，並從中引出離子束流的裝置。它是各種類型的離子加速器、質譜儀、電磁同位素分離器、離子注入機、離子束刻蝕裝置、離子推進器以及受控聚變裝置中的中性束注入器等設備的不可缺少的部件。

設備介紹

氣體放電、電子束對氣體原子(或分子)的碰撞，帶電粒子束使工作物質濺射以及表面電離過程都能產生離子，並被引出成束。根據不同的使用條件和用途，已研製出多種類型的離子源。使用較廣泛的有弧放電離子源、PIG離子源、雙等離子體離子源和雙彭源這些源都是以氣體放電過程為基礎的,常被籠統地稱為弧源。高頻離子源則是由氣體中的高頻放電來產生離子的，也有廣泛的用途。新型重離子源的出現，使重離子的電荷態顯著提高,其中較成熟的有電子迴旋共振離子源(ECR)和電子束離子源(EBIS)。負離子源性能較好的有轉荷型和濺射型兩種。在一定條件下，基於氣體放電過程的各種離子源，都能提供一定的負離子束流。

離子源是一門具有廣泛應用領域的學科，在許多基礎研究領域如原子物理、等離子化學、核物理等研究中，離子源都是十分重要不可缺少的設備。

類型

高頻離子源

利用稀薄氣體中的高頻放電現象使氣體電離，一般用來產生低電荷態正離子，有時也從中引出負離子，作為負離子源使用。

在高頻電場中，自由電子與氣體中的原子(或分子)碰撞，並使之電離。帶電粒子倍增的結果，形成無極放電，產生大量等離子體。高頻離子源的放電管一般用派勒克斯玻璃或石英管制作。高頻場可由管外螺線管線圈產生，也可由套在管外的環形電極產生。前者稱為電感耦合,後者稱為電容耦合高頻振盪器頻率為10 ～10 Hz，輸出功率在數百瓦以上。

從高頻離子源中引出離子可有兩種方式。一種是在放電管頂端插入一根鎢絲作為正極，在放電管尾端裝一帶孔負電極，並把該孔做成管形，從中引出離子流。另一種方式是把正極做成帽形，裝在引出電極附近，而放電區則在它的另一側。不管採用哪種引出方式，金屬電極都要用石英或玻璃包起來，以減少離子在金屬表面的複合。

在高頻放電區域中加有恆定磁場時，由於共振現象可提高放電區域中的離子濃度。有時，還在引出區域加非均勻磁場來改善引出。

弧放電離子源

在均勻磁場中，由陰極熱發射電子維持氣體放電的離子源。為了減少氣耗，放電區域往往是封閉的。陽極做成筒形，軸線和磁場方向平行。磁場能很好地約束陰極所發射的電子流，在陽極腔中使氣體的原子（或分子）電離，形成等離子體密度很高的弧柱。離子束可以垂直於軸線方向的側向引出，也可以順着軸線方向引出。

PIG離子源

在外磁場約束下產生反射放電的離子源，是弧放電離子源的改進。在弧放電離子源中，陽極另一端和陰極對稱的位置上，裝一與陰極等電位的對陰極，使陰極發射的電子流在中空的陽極內反射振盪，提高了電離效率，改變了放電機制。陰極一般用鎢塊製成，由電子轟擊加熱，稱間熱陰極離子源。反射放電電壓較高時，可在冷陰極狀態下工作。這時離子源結構更加簡單，稱為冷陰極離子源。對於功率較大的離子源，陰極被放電所加熱，達到電子熱發射溫度，被稱為自熱陰極離子源。

為產生非氣態元素的離子，將該元素饋入離子源的方法有多種。簡單的方法是使用氣體化合物，也可導入該元素的蒸氣。某些固體物質還可鍍在陰極表面或陽極腔壁上，靠放電中的濺射作用將該物質導入放電區。

雙等離子體離子源

在非均勻磁場中工作的一種弧放電離子源它的電極系統和磁系統都經過精心安排,使得放電產生的等離子體發生兩次收縮（幾何箍縮和磁箍縮）。由於引出的離子流強度大、亮度高、而主體結構又比較緊湊，使用十分普遍。

大功率的雙等離子體離子源能產生安培級以上的正離子束，是一種有效的強流離子源。正離子被中和以後，就轉化為中性束。從雙等離子體離子源中可以直接引出負離子束，也可以先引出正離子束，再用間接方法得到負離子。