高电荷态电子回旋共振离子源难熔金属高温炉研制

高电荷态电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)离子源产生金属离子束的方法有炉子加热法、溅射法、MIVOC(Metallic Ion from Volatile Compounds)等,其中炉子加热法具有产生的束流强度高、稳定性好的特点。炉子加热法的技术核心是加热炉,按其工作温区主要分为低温炉、高温炉两大类。高温炉主要针对熔点1 500°C以上的金属钴、钛、钒、铂、铀等。通过ANSYS仿真模拟分析了高温炉钽坩埚的温度分布、高温下因膨胀所受热应力及其在ECR离子源工作环境的强磁场中所受的安培力作用。根据模拟分析结果研制了电阻式加热高温炉,并对其进行了离线测试,实验中钽坩埚在1 800°C以上发生的形变与ANSYS模拟结果相符,并根据模拟分析给出了改进方案。改进后的电阻式加热高温炉离线测试能在1 500°C稳定维持48 h以上,而在1 846°C时可稳定维持达6 h以上,结果表明:研制的电阻式加热高温炉可应用于ECR离子源产生强流高电荷态难熔金属离子束。