《表1 U和UO2不同温度下的饱和蒸气压》

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《高电荷态电子回旋共振离子源难熔金属高温炉研制》

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本项目研制的高温炉将主要侧重于金属铀离子束的产生，利用高温炉在ECR离子源上产生强流铀离子束主要存在以下难点和挑战:首先，铀原子在高温下易与坩埚（例如Ta、W等耐高温材料）材料发生化学反应，无法正常工作，因此需要选取合适的工作材料（U或者U的化合物）或者其他坩埚材料，但在1 800°C很少有材料能够与金属铀长期共存；其次，铀的蒸气压需达到1×10-2~1 Pa[6]才能有足够的铀原子进入等离子体弧腔中，以产生强流铀金属离子束，这就要求坩埚达到一定的高温。U和UO2不同温度下的饱和蒸气压如表1所示[6]，由于UO2比U的化学稳定性好，不易与坩埚材料反应，且同样的温度能有更高的蒸气压，故UO2是产生铀金属离子束的典型材料。其他U的氧化物UOx，由于O含量太高，不利于等离子体中U的高电荷态的优化，故不适合。同样，其他种类的化合物（如UF3等）均由于不利于高电荷态U离子的产生而不是供选材料。同时，从表1可以看出，即使采用UO2材料，高温炉需达到1800°C以上，才能得到ECR离子源所需的铀金属蒸气压。