氘双等离子体离子源的进展
我国等离子体领域成就和专家
我国等离子体领域成就和专家1——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），有“人造太阳”之称，其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过类似变压器的原理使其产生等离子体，然后提高其密度、温度使其发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。
2006年9月28日，世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置首轮物理放电实验取得成功，标志着中国站在了世界核聚变研究的前端。
2016年2月，中国EAST物理实验获重大突破，实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。
2018年11月12日，从中科院合肥物质科学研究院获悉，EAST实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破。
2021年5月28日，全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。
12月，全超导托卡马克核聚变实验装置度开机运行。
12月30日晚，全超导托卡马克核聚变实验装置实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。
2023年4月12日21时，全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。
专家——吴征威在公共卫生健康领域，他将等离子体技术应用于消毒灭菌，开发出多款康复辅助产品，在解决环境安全、公共卫生、食品保鲜等疑难课题方面取得了显著成绩。
等离子体可以在短时间内杀灭各类细菌、真菌、霉菌等微生物。
利用这一技术，能够高效的形成相对洁净的空间，根据需求快速部署，尤其在自然灾害或重大伤亡事故发生时，此类装备能够在帐篷、车辆、建筑内迅速建立起初级卫生防疫系统。
他主持开发的“便携式等离子体杀菌装置”已形成样机，有望成为一种替代性的物理除菌方法。
此外，他与同事们一起利用等离子体技术对传统的骨科材料进行处理，获得了更安全、生物相容性更好、具有部分自清洁功能的生物医学材料。
离子源及加速器的国内外发展简介
离子源及加速器的国内外发展2.1离子源及其主要类型离子源是加速器的重要部件，它的目的是将样品物质电离成带电地原子离子或分子离子。
其工作原理为：热发射或者场致发射产生电子后在放电室内部被加速，得到能量，然后电子开始撞击气体分子使气体分子发生离解、电离，然后形成等离子体(等离子体离子源)，最后用引出系统在等离子体中引出离子束。
离子源应该具有电离效率高，聚焦性能好，离子初始能量发散小，传输效率高，离子流稳定等特点。
根据不同使用条件以及用途，目前已研制出多种类型的离子源。
使用比较广泛的就有弧放电离子源、PIG离子源、双等离子体离子源和双彭源。
这些离子源都是以气体放电为基础的，因此常被统称为弧源。
高频离子源却是利用稀薄气体进行高频放电来令气体电离，一般都用来生产低电荷态的正离子，有时也生产负离子，用作负离子源来使用。
而新型的重离子源的出现，使得重离子的电荷态得到显著提高，其中比较稳定的有电子回旋共振离子源(ECR)以及电子束离子源(EBIS)。
负离子源性能较好就有转荷型以及溅射型两种在一定条件下，以气体放电作为基础的各类离子源，都可以提供一部分的负离子束流。
图2.1离子源①高频离子源图2.2高频离子源利用稀薄气体中高频放电使气体发生电离，主要产生低电荷的正离子，不过有时候也生产负离子。
在高频电场之中，自由电子与气体中地原子发生（或分子）碰撞，最后发生电离。
从而带电粒子倍增，最后形成无极放电，生产了大量的等离子体。
高频离子源的放电管通常使用派勒克斯玻璃或者石英管来制造。
高频场则可以由管外螺线管线圈来产生，也可以使用套在管外的圆形电极产生。
前者通常称为电感耦合，后者则称之为电容耦合。
高频振荡器的频率通常为10〜10Hz,输出功率则可以达到数百瓦或以上。
从高频离子源中引出离子的方法主要有两种，其一是在放电管顶端插入一根钨丝来作为正极，而在放电管的尾端则安装一个带孔地负电极，并将该孔做成管形，方便从中引出离子流。
加速器原理-第2章
分子态变成原子态称离解。 分于或原子太变成分子离子或原子离子称为 电离。 电离的逆过程，称为复合。复合现象主要是 发生在放电室壁附近，并与壁的材料有关。金 属的复合系数高于绝缘材料，因此有些离子源 的放电室用石英或优质玻璃制成。复合现象对 工作状态影响不大的离子源，放电室仍由金属 制成。
（3）引出系统 引出系统的要求是: 能引出强的束流或具有高的引出效率； 引出的束流具有优良的品质； 具有适当的气阻。（放电室内是低真空，气 压为0.1～10Pa。加速管内则须保持高真空， 气压低于10-3Pa ）
加速器原理
教师：刘晓辉
成都理工大学 核技术与自动化工程学院
第2章 带电粒子源
粒子源（particle source）是产生带电粒子束 的装置。 粒子源与加速器两者是相辅相成的。加速 器的发展对粒子源不断提出新的要求，而粒子 源技术的每个重大突破和发展又促进了加速器 的发展与革新。 粒子源的水平决定加速器的流强、发射度、 粒子种类。
2.离子源的工作原理及主要组成部分 离子源由供气系统、放电室、引出系统及聚焦 电极组成。
（1）供气系统：由管道及阀门组成。将需要 的气体充入放电室，气压一般为10～10-1pa。 充入相关的气体。 氢气——质子，氦气——α粒子 （2）放电室：充入的气体在放电室中电离， 形成等离子体。按形成等离子体的不同方式。 离子源分成不同的种类。但无论哪一种电离方 式，在等离子体形成的过程中都是自由电子起 着主要的作用。来自发射或场致发射的电子以 及空间的自由电子，受到电场加速而具有一定 的动能。它们与气体分子碰撞将导致分子的离 解和电离。
放电原理：从阴极发射出的电子在阴极和对阴 极之间往返的运动同时，又受到轴向磁场的约 束，使电子沿轴线做螺旋运动。从而增加了与 气体分子发生电离碰撞的概率。
聚变能源中的氚化学与氚工艺研究进展及展望
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９９９，Ｃｈｉｎａ
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｏｒｅａｌｉｚｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｆｕｓｉｏｎｏｎｔｈｅｅａｒｔｈｈａｓｂｅｅｎａｄｒｅａｍｏｆｈｕｍａｎｂｅｉｎｇ．Ｏｗｉｎｇ ｔｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｆｕｓｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｏｆＤａｎｄＴｓｅｅｍｓｔｏｂｅｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｏｒｅａｌｉｚｅａＤＴｆｕｓｉｏｎｒｅａｃｔｏｒａｓａｎｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅ，ｌｏｔｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｓｕｅｓｓｔｉｌｌ ｒｅｍａｉｎｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄ．Ａｍｏｎｇａｌｌ，Ｔｒｅｌａｔｉｎｇｉｓｓｕｅｓａｒｅｑｕｉｔｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ，ｂｅｃａｕｓｅＴｉｓｒａｄｉｏａｃ ｔｉｖｅａｎｄｉｔｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｑｕｉｔｅｌｉｍｉｔｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｒｉｔｉｕｍ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅＤＴｒｅａｃｔｏｒａｓａｎｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｆｕｓｉｏｎｅｎｅｒｇｙ；ｔｒｉｔｉｕｍｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｒｉｔｉｕｍ ｐｌａｎｔ；ＤＴｆｕｅｌｃｙｃｌｅ
第４１卷 第１期 ２０１９年２月
核 化 学 与 放 射 化 学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ ａｎｄ Ｒａｄｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１９
聚赵林杰，肖成建，龙兴贵 ，陈志林，侯京伟，龚 宇， 冉光明，王和义，彭述明
第１期 赵 林 杰 等 ：聚 变 能 源 中 的 氚 化 学 与 氚 工 艺 研 究 进 展 及 展 望
离子迁移谱电离源研究进展
离子迁移谱电离源研究进展秦墨林;郭成海;曹树亚;赵建军;刘卫卫【摘要】The ionization sources are key components for ion mobiblity spetrometers. Ionization sources are very important for detection sensitivity, stability, reliability and detection range of IMS. Characteristics of the ionization sources and their ionization principles are introduced in a general way. Several sorts of ionization sources are reviewed such as radioactive sources, corona discharge sources, photoionization, electrospray ionization sources, plasma ionization sources, nanoscale soft-ionization membrane, et al. The development trends of ionization sources for IMS are discussed.% 电离源是离子迁移谱仪中的关键部件，对样品分子的电离和分离都起着重要的作用。
该文简要介绍了一些离子迁移谱电离源的原理和特点，对放射性电离源、电晕放电电离源、光电离源、电喷雾电离源、等离子体电离源、薄膜型场电离源等不同类型的电离源进行了介绍，并对离子迁移谱电离源的未来发展趋势进行了展望。
【期刊名称】《化学传感器》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】8页(P1-8)【关键词】离子迁移谱;电离源;放射源;电晕放电;光电离;电喷雾;等离子体;薄膜场电离【作者】秦墨林;郭成海;曹树亚;赵建军;刘卫卫【作者单位】防化研究院，北京102205;防化研究院，北京102205;防化研究院，北京102205;防化研究院，北京102205;防化研究院，北京102205【正文语种】中文电离源是离子迁移谱仪（IMS）中的重要部件，其作用是将中性样品分子转化为带电的离子。
离子源介绍
离子源介绍2.1 离子源概述离子源是通过中性原子或分子电离，然后将它们引出并形成离子束流的装置。
它是各种类型的离子加速器、质谱仪、离子推进器、离子束加工设备等仪器中不可缺少的关键部件。
离子源一般分为气体型离子源和固体型离子源。
2.1.1 结构与组成一般离子源的结构如图1.1所示，基本工作原理为：热发射或场致发射的电子在放电室里面被加速，被加速的电子撞击气体分子使之离解、电离，形成等离子体，由引出系统从等离子体中引出离子束。
图2.1 离子源的一般结构2.1.2 离解、电离及复合过程解离是指分子在载能电子的作用下离解成原子；电离是指分子或原子在载能电子的作用下电离形成离子。
我们以氢为例给出一个典型的离解和电离方程：1H + e （离解过程）2H2 + e → 21H + e → H++ 2e （电离过程）++ 2e（分子离子）2H2 + e → H22H+ + e → 2H++ 3e （原子离子)第1页复合过程是指离子捕获电子形成中性原子或分子的过程。
离解、电离及复合是一动态过程，当电离过程与复合过程达到动态平衡，放电就达到了平衡，稳定的等离子体就形成了。
2.1.3 等离子体的密度等离子体的密度是离子源的重要参数。
等离子体的密度越高，引出的离子束流就越强，离子源的性能就越好。
提高等离子体密度的方法，一般是在放电室中加一轴向磁场，其主要作用为：a）使电子做螺旋运动，提高电子与原子的碰撞次数，提高电离几率。
b）使离子受到径向的约束力，减少与放电室内壁碰撞而复合的几率。
2.1.4 离子源引出系统和聚焦系统气体放电，电子与原子、分子的碰撞，用离子轰击阴极材料以及表面电离过程都能够产生离子，然后通过引出系统形成离子束。
离子源的引出系统是离子源的重要结构。
聚焦系统用于调节离子束的发射度、能散度和线性度等等，离子束的各项指标都与引出系统和聚焦系统密切相关。
2.2 离子源的种类根据使用条件和用途的不同，离子源的类型有很多。
离子源
应用介绍
应用介绍
ion beam
以近似一致的速度沿几乎同一方向运动的一群离子。
离子源是用以获得离子束的装置。我们知道，在各类离子源中，用得最多的是等离子体离子源，即用电场将 离子从一团等离子体中引出来。这类离子源的主要参数由等离子体的密度、温度和引出系统的质量决定。属于这 类离子源的有:潘宁放电型离子源射频离子源、微波离子源、双等离子体源、富立曼离子源等。另一类使用较多的 离子源是电子碰撞型离子源，主要用于各种质谱仪器中。此外，离子源还有表面电离源、光致电离离子源、液态 金属离子源等类型。
从高频离子源中引出离子可有两种方式。一种是在放电管顶端插入一根钨丝作为正极，在放电管尾端装一带 孔负电极，并把该孔做成管形，从中引出离子流。另一种方式是把正极做成帽形，装在引出电极附近，而放电区 则在它的另一侧。不管采用哪种引出方式，金属电极都要用石英或玻璃包起来，以减少离子在金属表面的复合。
在高频放电区域中加有恒定磁场时，由于共振现象可提高放电区域中的离子浓度。有时，还在引出区域加非 均匀磁场来改善引出。
主要参数
主要参数
①离子束流强 即能够获得的有用离子束的等效电流强度，用电流单位A或mA表示。 ②有用离子百分比 离子源即有用离子束占总离子束的百分比。一般来说，离子源给出的总离子束包括单电荷离子、多电荷离子、 各种分子离子和杂质元素离子等的离子束。 ③能散度 由于离子的热运动和引出地点的不同，使得离子源给出的离子束的能量对要求的单一能量有一定离散，一般 希望能散度尽量小，在高精度的离子束应用中尤其是这样。 ④束的聚焦性能 以离子束的截面和张角表示。聚焦不好的离子束在传输过程中会使离子大量丢失。获得良好聚焦特性的离子 束的最终障碍是束中离子之间的静电排斥力，为了克服这一障碍，应尽早使离子获得较高能量。 ⑤离子源的效率
氢同位素气体质谱分析进展
性测量法用于 含氚样 品的测定 。 非放 射性测定 尔 型离子 源＿１ 种 离子源 具有 线性好 、 敏 【】Ｗ ． Ｙ ｕ ． Ａ— Ｒ— ＭＯ ２ ４ ． ｌ。 。该 灵 ４ Ａ． ｏ ｇ ＮＡ Ｓ ＭＥ ｌ ｌ９ 氢同位素方法 主要为气 相色谱法 、 质谱法和气 度高优 点。 同位 素来说 ， 质量 小 ， 氢 其 相互 质量 ［】Ｔ． Ｍｅ ｈｏ ． ＰＰ ８ ５ Ｋ． ｈｒ ｆ ＧＥ 一１ ７． 相 色谱一 质谱 联用法等 。 Ｃ Ｇ 分析氢 同位 素 由于 差又非 常大 ， 所以 引起 的质量歧 视效应就特 别 【】Ｐ． ｈａｔ ｇ ｅ ． ６ Ｃ ｓａ ｎ ｒＤＰ—ＭＳ １ ｌ ． 一８ 一ｌ ５ 色谱 柱液氮温度 工作 ， 结果对 色谱柱工 作温 度 大。 现代 的氢同位素 质谱计为 了克服上述 质量 【】 磊 ， ７ 石 李金 英 ， 慕俊 娟 ， ． 氘体 系的氘 等 氢一 歧视效应 ， 离子源 的出 口缝与磁分析 器入 口 在 的 ｄ限制缝之 间设 了一 套尼尔 电透镜 系统 。 该 丰度 质谱 分析 技 术研 究 ． ｏ ． １ Ｎｏ ３ Ｖ １３ ． ． ．
体混 合物 中各组 分的 相对浓 度测 定或 同位素 等 双原子 离子 ， 还产生 Ｈ 、 Ｔ 等单 原子 离 Ｄ 、
述。 计实现 质荷ｂ ｍ／ 分ห้องสมุดไป่ตู้ ， Ｌ ｚ 用于 测定氢 、 、 气 氘 氚
系统聚 焦 电压随不 同氢 同位 素类 型变化 而变 ［】 ８ 刘琦 ， 邓中国 ． 高丰度氚 同位 素的质谱分析
【】质谱 学杂志 ，９ ５ Ｖｏ ． ． ３ １ Ｊ． １ ８ ． １ ６ Ｎｏ． ． ５～
２１．
析 技 术 改进 发 展 对 氢 同位 素 交 换 动 力 学 研 和 原子能 院邓 中国合作 用改进Ｚ Ｔ ３ ｌ 采 ｈ —ｌ Ｏ 究 、 同位 素 分 离 研 究 、 核 聚 变 材 料 生 产 氢 轻 使用、 储氢 材 料研 究 乃至 同位素 化 学学 科 发 展 均有 十 分 重要 意 义 。 型质谱计 分析高 丰度 氚同位素 ， 于９ ％高峰 对 ９