强流氢分子离子源的探究

随着基于强流直线加速器的中子源装置的发展和强流回旋加速器技术的进步，强流氢分子离子束离子源的研究工作已迫在眉睫。现有的加速器中子源的中子是通过D+与靶材料的核反应产生的，装置需要的D+离子束基本上都是用2.45GHz的ECR离子源提供。一定能量的D+在输运过程会与束流输运管道等作用，活化管道，产生中子，污染环境，对中子源装置的加速器调试带来安全威胁，延长加速器的调试周期。H2+与D+有相同的荷质比，不存在活化隐患，是替代D+进行加速器调试的最佳选择。回旋加速器专家认为用H2+代替H-注入，加速器的输出流强将提高一倍。离子源初步研究结果证明，2.45GHz的ECR离子源具有产生强流H2+离子束的能力。本研究试图这种离子源发展成为强流H2+离子源。一旦获得成果，将可以避免中子源"一器二源"现象，提高回旋加速器的束流输出能力，降低加速器的研制成本；拓展这类离子源的应用范围。

基于强流直线加速器的中子源装置的发展和强流回旋加速器技术的发展，驱使着强流氢分子离子源的研究。基于加速器的中子源（如IFMIF/SPIRAL2）等，均采用强流D+离子与靶材料的核反应来产生中子。D+离子在其输运过程存在着活化管道、产生中子、污染环境的安全风险，因此，此类加速器不能进行本地调试。H2+离子与D+离子有相同的荷质比，且不存在活化安全隐患，是替代D+离子完成加速器调试的最佳选择。研究表明，用H2+离子代替H+离子注入是提高回旋加速器的束流能力、降低空间电荷效应是一种重要手段。国际上未来中微子项目IsoDAR已经准备采用此思路。目前，国际上最高H2+离子流强记录是20mA，是由意大利的INFN实验室用2.45GHz ECR 源产生的。.经过近4年的努力，北京大学研制成功了国际上首台能产生H+:H2+:H3+为37.5 : 54 : 8.5总流强为75mA 的全永磁2.45GHz强流ECR离子源,束流中H2+离子束达到40.5mA。与此同时，我们还用此离子源获得了20mA的H3+离子束（国际记录2.9mA），束流中H3+离子成分的比例最高可以达到55%。为了进一步理解氢等离子体的建立过程，开展了等离子体光谱学诊断研究。上述结果均已经发表，并引起了意大利INFN实验室的S. Gammino博士，西班牙Castilla-La Mancha大学的 D.Cortázar博士和 IsoDAR项目负责人J. Allison博士的高度关注，有望成为IsoDAR项目的离子源。.在这些研究的基础上，完成了新一代强流氢分子离子源的设计。该源有望成为IsoDAR的离子源。