[科普中国]-电子束离子源

提出与发展

电子束离子源于1967 年提出。

1969 年发表了用第一个模型EBIS-1 取得的实验结果。

1970 年在EBIS-2 上做了实验。

1974 年初使用超导的电子束离子源建成，称为KRION 源，已用在10 GeV 同步加速器上。

苏联学者多耐茨(Donets）研制的型号KR I ON-2 的EBIS 源（在1975年重离子会议总结发言中）曾被誊为当时的最佳离子源。

结构电子束离子源主要由螺线管线圈、发射电子束的阴极（电子枪）、放电室和离子引出电极组成。模型实验表明，多电荷态离子产生的速率随电子密度和电离区间长度的增加而增大。使电子束聚焦的螺线管线圈长一米以上，轴上的磁感应强度可达十分之几特斯拉。如果采用超导，则磁感应强度可达数特斯拉。早期用硼化镧（LaB 的阴极发射电子束，电流密度不超过10 A/cm2 。

目前、多采用外电子枪，如皮尔斯会聚枪。由于采用了磁压缩使电子束的电流密度比硼化斓阴极发射提高几个数量级。1

工作原理通过供气管道把待电离的气体送入第三节漂移管。从第三节漂移管进入放电室内的气体被高速的电子束电离。在电离时间内放电室两端产生轴向位垒，使离子电离到高电荷态后，再降低位垒，将离子引出。为此，须要改变各节漂移管上"A"、"B"、 "C"三种不同的电位分布。

当各节漂移管上电位分布为"A"时，由电子束电离产生的离子不能进入电离区而被迫流向阴极。电位分布变到"B"时，离子开始进入电离区，为注入阶段。电位分布变到"C”时，离子不再进入电离区，注入阶段结束。已进入电离区的离子受“C”电位分布两端位垒的约束，被电离到高电荷态，为电离阶段。当电位分布再变到"A"时，引出电极将高电荷态的离子引出，并将电子反射回去，为引出阶段。

各节漂移管上的电位分布按“A" "B"、"C"三种情况循环变化，每到“A”，引出一束高电荷态离子束。引出的离子用飞行时间谱仪进行测量。1

性能迄今为止，电子束离子源（EBIS）是获得电荷态最高的多电荷源。这种源由于技术复杂、造价高，目前只有原苏联、美国、法国、德国等少数国家开展了这方面的研究。主要用于高能重离子加速器上。

目前，在电子束离子源（EBIS）上已能得到Xe40+、U82+等极高电荷态的离子束。1