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HL-2ANBI系统设计及部件特性研究雷光玖姜韶风曹建勇卢大伦李扬江涛唐立新孙爱萍高文娟唐福生何佳朱祖林王学华周才品饶军等（核工业西南物理研究院，四川，成都，610041）摘要：本文介绍HL-2ANBI的系统设计及部分部件的特性实验研究。内容将涉及HL-2A60KeV，55A，2S的桶式离子源放电室和引出系统的设计、离子偏转器的磁场计算和测量、模拟2ANBI的矩形桶式离子源放电室的磁场分布测量与计算结果比较、软磁材料特性测量、离子束引出及电子束引出实验研究结果等部分内容。1.HL-2ANBI系统设计。4个离子源按装在同一条束线上，总输出中性束功率为2MW（2S）。束线上的基本部件有：4个中性化器，4个粒子偏转系统，4套功率热测靶，4套大功率离子吞食器，一个总功率热测靶，漂移管道，调中机械结构等等。表1所示的是HL-2A中性束注入器的基本参数。HL-2ANBI基本指标（表1）名称指标中性束功率Pn1MW离子束功率Pi3MW粒子能量Eb60keV离子源型式桶式离子源离子源个数2个脉冲宽度2s中性束线及其部件的容量能力（输出2MW中性束）2MW供电方式每个离子源单独供电2.离子源设计根据HL-2A要求的中性束注入参数，参考了若干聚变用离子源设计和运行经验，提出了HL-2A60keV,55A,2s桶式离子源放电室和引出系统的设计考虑。在放电室的设计考虑中，分析了放电室尺寸、永久磁铁排列和灯丝形状尺寸排列对离子源性能的影响，给出了相关部分的硬件设计。同时，确定和计算了一些重要的放电参数和源等离子体参数。在引出系统设计考虑中，从物理机制和技术工艺上比较了三电极系统和四电极系统、孔型引出和缝型引出以及不同聚焦方式的优缺点，给出了引出系统的设计参数。3.中性束线部件研究3．1离子偏转系统的磁场分布计算。在300A直流电的驱动下，在束传输区域建立起相当均匀的磁场，磁场强度为0.1T。3．2大功率磁缓冲器研究。通过对几种不同软磁材料的B-H曲线的测量，认为非晶材料具有高μ，低磁滞损耗，低Br特性，其特性与薄膜合金材料类似，是一种具有良好软磁特性的新型材料，但价格比薄膜合晶低得多，这为大功率离子源的的研制提供了良好条件。3．3等离子体建立时间的研究。在不同的气压下等离子体建立时间是不一样。当真空在8.1×10-3Pa~7.5×10-2Pa范围变化，等离子体的建立时间在28μs~400μs范围变化。但是在我们的实验观察测量中，并未像文献[1]中描述的等离子体建立时间与气压升高单调地减小，而是存在最小上升时间的（气压工作范围约3.6×10-3Pa）。由于目前我们采用的是调制弧放电电流来调制电子束，而不是调制高压电压，所以研究等离子体建立时间有相当大的意义，快速建立等离子体对改善引出束的特性，减少高能电子轰击电极，减少“打火”击穿都是非常有利的。3．4离子束在不同能量下的分布情况。研究结果认为离子引出的成束特性与引出电压，即加速区的电场大小有非常密切的关系,即理论上说的ji=jacc时，有最佳分布；通过小束的研究了解离子束的引出特性，对实际大面积多孔离子源设计和调试有非常重要的意义，也是大功率离子源的重要依据。3．5新型等离子体阴极电子枪。在新型等离子体阴极电子枪的实验装置上建立起了合适的密度的等离子体，并且研究了单孔、多孔、不同间隙条件下束的特性，目前电子束密度已经达到了20A/cm2,电子束流达7A，能量达21Kev,出功率达140KW。束脉宽达0.2ms-6ms,电子束径为6mm（在距阳极2.7cm的地方安装了两条可移动的金属电探针来测量电子束的直径和束分布）。参考文献[1]DanM.Goebeletal,Highcurrent,lowpressureplasmacathodeelectrongun.Reviewofscientificinstruments,71(2),388(1999)01020304050600123456789101112131415mmAt27mmat37mm18KV图：电子束在束轴线上距阳极2.7cm和3.7cm的位置上的分布