申请/专利权人：中国科学院近代物理研究所

申请日：2019-04-03

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109932200B

主分类号：G01M99/00

分类号：G01M99/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.07.19#实质审查的生效;2019.06.25#公开

摘要：本发明涉及ECR离子源金属炉测试装置，包括测试腔，其一侧开设有金属炉进口，另一侧开设有移动测温组件接口，第三侧开设有用于安装放气阀的放气口；真空硅管和涡轮分子泵，均设置在测试腔上并与测试腔的内腔相连通；热辐射屏蔽罩，水平设置在测试腔内部并形成金属炉的容置空间；移动测温组件经移动测温组件接口伸入测试腔内，用于对金属炉内部的轴向温度进行连续测量。本发明可以对ECR离子源金属炉进行离线测试，通过离线测试得出金属炉的各种运行参数并对其性能进行全面评估，同时根据测试结果便于对金属炉的结构和性能进行进一步的优化与改进。

主权项：1.一种ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，包括测试装置主体100，所述测试装置主体100包括：测试腔5，所述测试腔5为一封闭的腔室，所述测试腔5的一侧开设有金属炉进口，所述测试腔5的另一侧开设有移动测温组件接口，所述测试腔5的第三侧开设有用于安装放气阀14的放气口；真空硅管6和涡轮分子泵7，所述真空硅管6和涡轮分子泵7均设置在所述测试腔5上并与所述测试腔5的内腔相连通，所述涡轮分子泵7用于与机械泵连接以将所述测试腔5内部抽真空，所述真空硅管6用于与真空计连接监测所述测试腔5内的真空度；热辐射屏蔽罩17，所述热辐射屏蔽罩17为两端敞口的筒形，所述热辐射屏蔽罩17水平设置在所述测试腔5内部，并且所述热辐射屏蔽罩17的两敞口端分别与所述测试腔5的金属炉进口和移动测温组件接口对齐，所述金属炉10通过金属炉支撑管2经所述测试腔5的金属炉进口伸入所述热辐射屏蔽罩17内部；移动测温组件8，所述移动测温组件8经所述移动测温组件接口伸入所述测试腔5内，用于对所述金属炉10内部的轴向温度进行连续测量。

全文数据：一种ECR离子源金属炉测试装置技术领域本发明涉及一种测试装置，具体是关于一种ECRElectronCyclotronResonance，电子回旋共振离子源金属炉测试装置。背景技术目前，金属炉法是高电荷态ECR离子源界公认的产生强流高电荷态金属离子束最有效的方法之一。根据加热类型，金属炉大致可以分为感应型金属加热炉、电阻型金属加热炉和电子束蒸发型金属加热炉三种类型。为了检验金属炉的性能，通常需要进行离线测试实验，然后根据实验结果对金属炉结构进行优化改进。但是，现有的ECR离子源金属炉测试装置存在以下几个方面的缺陷：1没有专门的热辐射屏蔽装置，金属炉高温会导致测试腔体温度迅速升高；2只能定点测量坩埚温度，一方面容易损坏高温热电偶，另一方面不能实时监测坩埚沿轴向的温度分布；3支撑管无冷却，其温度甚至达到80℃以上，高温导致出气严重，进而影响金属炉测试效果；4测试不同长度的ECR离子源金属炉时不能通用。发明内容针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有热辐射屏蔽、带水冷、能够移动测温、且长度可调的ECR离子源金属炉测试装置，能够很大程度上提高金属炉的测试效果。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，包括测试装置主体，所述测试装置主体包括：测试腔，所述测试腔为一封闭的腔室，所述测试室的一侧开设有金属炉进口，所述测试室的另一侧开设有移动测温组件接口，所述测试腔的第三侧开设有用于安装放气阀的放气口；真空硅管和涡轮分子泵，所述真空硅管和涡轮分子泵均设置在所述测试腔上并与所述测试腔的内腔相连通，所述涡轮分子泵用于与机械泵连接以将所述测试腔内部抽真空，所述真空硅管用于与真空计连接监测所述测试腔内的真空度；热辐射屏蔽罩，所述热辐射屏蔽罩为两端敞口的筒形，所述热辐射屏蔽罩水平设置在所述测试腔内部，并且所述热辐射屏蔽罩的两敞口端分别与所述测试腔的金属炉进口和移动测温组件接口对齐，所述金属炉通过金属炉支撑管经所述测试腔的金属炉进口伸入所述热辐射屏蔽罩内部；移动测温组件，所述移动测温组件经所述移动测温组件接口伸入所述测试腔内，用于对所述金属炉内部的轴向温度进行连续测量。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，在所述测试腔内还设置有一炉体支撑杆，同时在所述热辐屏蔽罩的底部沿轴向开有长豁口，所述炉体支撑杆的下端固定在所述测试腔的内壁上，所述炉体支撑杆的上端经所述热辐屏蔽罩底部的长豁口伸入所述热辐屏蔽罩内，用于将所述金属炉水平地支撑在所述热辐屏蔽罩内。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，所述热辐射屏蔽罩的材料为钽、钨、钼或不锈钢，同时将所述热辐屏蔽罩的内表面抛光；所述热辐屏蔽罩的内径范围为60-100mm，厚度范围为0.5-2mm。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，在所述热辐屏蔽罩的下部设置有4个屏蔽罩支撑件，4个所述屏蔽罩支撑件的下端与所述测试腔的内壁固定，所述屏蔽罩支撑件的上端形成所述热辐屏蔽罩的支撑部。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，所述移动测温组件包括：可移动电极，安装在所述移动测温组件接口上并可进行轴向移动；热电偶固定块，设置在所述可移动电极的探出杆上；热电偶丝，固定在所述热电偶固定块上并随之进行轴向移动，以实现对所述金属炉内部的轴向温度进行连续测量；同时，在所述测试腔的第三侧还开设有用于安装热电偶电极的法兰口，所述热电偶电极通过柔性真空内补偿线与所述热电偶丝连接。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，在所述金属炉支撑管的外部设置有水冷机构，所述水冷机构包括包围在所述金属炉支撑管外侧的两个半圆形固定条，在所述固定条上嵌有冷却管，所述固定条通过支撑座的顶丝进行固定。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，该测试装置还包括机柜，所述机柜的顶部设置有用于搭载测试装置主体、支撑座、金属炉支撑管和功率源的顶板，所述机柜的内部通过中间隔板分成若干隔层，以将所述金属炉的附属设备集成在一起。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，在所述机柜的一侧设置有风扇，在所述机柜的另一侧开设有若干排风孔，同时在所述机柜的另一侧下部设置有与水冷机构中的冷却管连接的水排；在所述机柜内部的中间隔板上开设有豁口，同样在所述机柜的顶板上也开设有豁口，同时在所述豁口的周围还开设有若干小孔。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，所述机柜的底部四个边角处均设置有采用绝缘有机材料制成的支撑脚，所述支撑脚的形状为圆形或方形。所述的ECR离子源金属炉测试装置，优选的，所述测试腔采用不锈钢制作而成，整体形状为圆筒形或方形；在所述测试腔的第四侧设置有用于实时观察测试腔内部变化情况的观察窗。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明可以对ECR离子源金属炉进行离线测试，通过离线测试得出金属炉的各种运行参数并对其性能进行全面评估，同时根据测试结果便于对金属炉的结构和性能进行进一步的优化与改进。2、本发明在ECR离子源金属炉的外部设计了热辐射屏蔽罩，对金属炉起到更好的保温作用，同时避免测试腔体被加热而严重出气，影响测试效果。3、本发明了设计了移动测温组件，可以对金属炉内部的轴向温度进行连续测量，能够准确的知道金属炉内部沿轴向的温度分布及梯度情况；与此同时，当不需要测温时，可以将移动测温组件完全退出到金属炉体之外，极大的延长了热电偶的使用寿命。4、本发明在支撑管外侧设计了水冷结构，避免支撑管因感应加热而温度过高，导致负载匹配较差，金属炉性能急速下降，并且水冷结构的支撑采用了支撑加紧固合二为一的设计，更加简洁美观。附图说明图1为本发明的整体结构示意图；图2是本发明测试装置主体的结构示意图；图3为本发明测试装置主体的剖视图。具体实施方式以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。如图1到图3所示，本发明提供的ECR离子源金属炉测试装置，包括测试装置主体100，该测试装置主体100包括测试腔5、真空硅管6、涡轮分子泵7、移动测温组件8和热辐射屏蔽罩17。测试腔5为一封闭的腔室，测试室5的一侧开设有金属炉进口，测试室5的另一侧开设有移动测温组件接口。热辐射屏蔽罩17为两端敞口的筒形，热辐射屏蔽罩17水平设置在测试腔5内部，并且热辐射屏蔽罩17的两敞口端分别与测试腔5的金属炉进口和移动测温组件接口对齐，金属炉10通过金属炉支撑管2经测试腔5的金属炉进口伸入热辐射屏蔽罩17内部。真空硅管6和涡轮分子泵7均设置在测试腔5上并与测试腔5的内腔相连通，涡轮分子泵7用于与机械泵连接以将测试腔5抽真空，真空硅管6用于与真空计连接监测测试腔5内的真空度。测试腔5的第三侧开设有用于安装放气阀14的放气口，放气阀14与氮源连接用于停真空时向测试腔5内馈入高纯氮气。移动测温组件8经移动测温组件接口伸入测试腔5内，用于对金属炉10内部的轴向温度进行连续测量。在上述实施例中，优选的，在测试腔5内还设置有一炉体支撑杆16，同时在热辐屏蔽罩17的底部沿轴向开有长豁口，炉体支撑杆16的下端固定在测试腔5的内壁上，炉体支撑杆16的上端经热辐屏蔽罩17底部的长豁口伸入热辐屏蔽罩17内，用于将金属炉10水平支撑在热辐屏蔽罩17内。热辐射屏蔽罩17的材料可以为钽、钨、钼或不锈钢，同时将热辐屏蔽罩17的内表面抛光，以增加其反射率，提高热辐射屏蔽效果；此外，根据金属炉10的炉体尺寸，热辐屏蔽罩17的内径范围为60-100mm，厚度范围为0.5-2mm。在上述实施例中，优选的，在热辐屏蔽罩的下部设置有4个屏蔽罩支撑件18，4个屏蔽罩支撑件18的下端与测试腔5的内壁固定，屏蔽罩支撑件18的上端形成热辐屏蔽罩17的支撑部。在上述实施例中，优选的，移动测温组件8包括：可移动电极20，安装在移动测温组件接口上并可进行轴向移动；热电偶固定块19，设置在可移动电极20的探出杆上；热电偶丝图中未示出，固定在热电偶固定块19上并随之进行轴向移动，以实现对金属炉10内部的轴向温度进行连续测量。同时，在测试腔5的第三侧还开设有用于安装热电偶电极15的法兰口，热电偶电极15通过柔性真空内补偿线与热电偶丝连接。在上述实施例中，优选的，在金属炉支撑管2的外部设置有水冷机构，该水冷机构包括包围在金属炉支撑管2外侧的两个半圆形固定条，在固定条上嵌有冷却管，固定条通过支撑座3的顶丝进行固定。由此，向冷却管中通入冷却水进行对金属炉支撑管2进行冷却，避免金属炉支撑管2因感应加热而温度过高，导致负载匹配较差，金属炉10的性能急速下降。在上述实施例中，优选的，该测试装置还包括机柜13，机柜13的顶部设置有用于搭载测试装置主体100、支撑座3、金属炉支撑管2和功率源1的顶板，机柜13的内部通过中间隔板分成若干隔层，以将金属炉10的附属设备集成在一起，包括感应加热器、真空计、分子泵控制器、电子束蒸发控制电源和计算机主机等。在上述实施例中，优选的，在机柜13的一侧上部设置有风扇12，以对机柜13内部的发热设备进行冷却，在机柜13的另一侧开设有若干排风孔，以增加冷却空气的流通，同时在机柜13的另一侧下部设置有与水冷机构中的冷却管连接的水排9；在机柜13内部的中间隔板上开设有豁口，同样在机柜13的顶板上也开设有豁口，以满足机柜13内部设备的走线需求，包括电源线、控制线、功率传输线及冷却水路等，同时在豁口的周围还开设有若干小孔，便于线路的固定。在上述实施例中，优选的，机柜13的底部四个边角处均设置有采用绝缘有机材料制成的支撑脚11，支撑脚11的形状为圆形或方形，用于提高摩擦力，增加机柜13的整体稳定性。在上述实施例中，优选的，测试腔5采用不锈钢制作而成，整体形状可以为圆筒形或方形。在上述实施例中，优选的，在测试腔5的第三侧设置有观察窗4，用于实时观察测试腔5的内部变化情况。本发明在使用时，首先根据待测试金属炉10的长度，选择相应的金属炉支撑管2，并将金属炉10与功率源1连接；然后待金属炉10安装就位后，开启涡轮分子泵7对测试腔5抽取真空，使测试腔5内部真空度好于5×10-7mbar；最后开启功率源1向金属炉10内缓慢馈入高频功率，在达到额定功率时，通过移动测温组件8沿轴向移动热电偶电极15，测量金属炉10内沿轴向温度分布和梯度。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

权利要求：1.一种ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，包括测试装置主体100，所述测试装置主体100包括：测试腔5，所述测试腔5为一封闭的腔室，所述测试室5的一侧开设有金属炉进口，所述测试室5的另一侧开设有移动测温组件接口，所述测试腔5的第三侧开设有用于安装放气阀14的放气口；真空硅管6和涡轮分子泵7，所述真空硅管6和涡轮分子泵7均设置在所述测试腔5上并与所述测试腔5的内腔相连通，所述涡轮分子泵7用于与机械泵连接以将所述测试腔5内部抽真空，所述真空硅管6用于与真空计连接监测所述测试腔5内的真空度；热辐射屏蔽罩17，所述热辐射屏蔽罩17为两端敞口的筒形，所述热辐射屏蔽罩17水平设置在所述测试腔5内部，并且所述热辐射屏蔽罩17的两敞口端分别与所述测试腔5的金属炉进口和移动测温组件接口对齐，所述金属炉10通过金属炉支撑管2经所述测试腔5的金属炉进口伸入所述热辐射屏蔽罩17内部；移动测温组件8，所述移动测温组件8经所述移动测温组件接口伸入所述测试腔5内，用于对所述金属炉10内部的轴向温度进行连续测量。2.根据权利要求1所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，在所述测试腔5内还设置有一炉体支撑杆16，同时在所述热辐屏蔽罩17的底部沿轴向开有长豁口，所述炉体支撑杆16的下端固定在所述测试腔5的内壁上，所述炉体支撑杆16的上端经所述热辐屏蔽罩17底部的长豁口伸入所述热辐屏蔽罩17内，用于将所述金属炉10水平地支撑在所述热辐屏蔽罩17内。3.根据权利要求1所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，所述热辐射屏蔽罩17的材料为钽、钨、钼或不锈钢，同时将所述热辐屏蔽罩17的内表面抛光；所述热辐屏蔽罩17的内径范围为60-100mm，厚度范围为0.5-2mm。4.根据权利要求1所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，在所述热辐屏蔽罩的下部设置有4个屏蔽罩支撑件18，4个所述屏蔽罩支撑件18的下端与所述测试腔5的内壁固定，所述屏蔽罩支撑件18的上端形成所述热辐屏蔽罩17的支撑部。5.根据权利要求1所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，所述移动测温组件8包括：可移动电极20，安装在所述移动测温组件接口上并可进行轴向移动；热电偶固定块19，设置在所述可移动电极20的探出杆上；热电偶丝，固定在所述热电偶固定块19上并随之进行轴向移动，以实现对所述金属炉10内部的轴向温度进行连续测量；同时，在所述测试腔5的第三侧还开设有用于安装热电偶电极15的法兰口，所述热电偶电极15通过柔性真空内补偿线与所述热电偶丝连接。6.根据权利要求1所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，在所述金属炉支撑管2的外部设置有水冷机构，所述水冷机构包括包围在所述金属炉支撑管2外侧的两个半圆形固定条，在所述固定条上嵌有冷却管，所述固定条通过支撑座3的顶丝进行固定。7.根据权利要求6所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，该测试装置还包括机柜13，所述机柜13的顶部设置有用于搭载测试装置主体100、支撑座3、金属炉支撑管2和功率源1的顶板，所述机柜13的内部通过中间隔板分成若干隔层，以将所述金属炉10的附属设备集成在一起。8.根据权利要求7所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，在所述机柜13的一侧设置有风扇12，在所述机柜13的另一侧开设有若干排风孔，同时在所述机柜13的另一侧下部设置有与水冷机构中的冷却管连接的水排9；在所述机柜13内部的中间隔板上开设有豁口，同样在所述机柜13的顶板上也开设有豁口，同时在所述豁口的周围还开设有若干小孔。9.根据权利要求1所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，所述机柜13的底部四个边角处均设置有采用绝缘有机材料制成的支撑脚11，所述支撑脚11的形状为圆形或方形。10.根据权利要求1所述的ECR离子源金属炉测试装置，其特征在于，所述测试腔5采用不锈钢制作而成，整体形状为圆筒形或方形；在所述测试腔5的第四侧设置有用于实时观察测试腔5内部变化情况的观察窗4。

百度查询： 中国科学院近代物理研究所 一种ECR离子源金属炉测试装置

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD