基于中能段電子束離子阱的雜質(zhì)光譜研究平臺(tái)的概念設(shè)計(jì)

賓 斌 張洪明 楊 洋 郝強(qiáng)旺 戴 超 王福地 符 佳 李穎穎李 軍 肖 君 呂 波

1（中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所 合肥230031）

2（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 合肥230026）

3（南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 衡陽(yáng)421001）

4（復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代物理研究所 上海200433）

國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）和中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）等裝置由于內(nèi)部器壁高熱負(fù)荷的要求，將采用以鎢（W）為主的金屬元素作為面向等離子體材料。由于等離子體與壁之間的相互作用，鎢等金屬雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入等離子體，顯著增加等離子體輻射損失，降低聚變產(chǎn)額，甚至引起等離子體破裂，危害裝置運(yùn)行安全。因此，研究鎢雜質(zhì)在等離子體中的輸運(yùn)行為并發(fā)展控制鎢雜質(zhì)含量的運(yùn)行方案對(duì)于ITER 和CFETR 的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行有重要意義，一直是托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)物理研究的重要研究課題［1-3］。

現(xiàn)有的托卡馬克等離子體由于電子溫度一般只有幾個(gè)keV，只能將W激發(fā)到較低的電離態(tài)，而且由于鎢原子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輻射的線譜結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜，目前仍然在繼續(xù)尋找可用于ITER和CFETR上鎢雜質(zhì)輸運(yùn)研究的最佳譜線，因此進(jìn)行譜線識(shí)別和原子數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是目前面向ITER和CFETR鎢雜質(zhì)輸運(yùn)研究的重點(diǎn)，也是近年來一直是聚變等離子體診斷領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

目前，可行的W光譜研究方法是利用能量可調(diào)的單能電子束，如電子束離子阱（Electron Beam Ion Trap，EBIT）等裝置來激發(fā)相關(guān)的光譜。EBIT 系統(tǒng)作為優(yōu)良的金屬原子譜線研究平臺(tái)，可通過改變電子束能量為研究等離子體里面的鎢雜質(zhì)輸運(yùn)提供原子數(shù)據(jù)支持。

1986 年，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的Marrs、Levine 和Knapp 等［4］建成了世界上第一臺(tái)EBIT 裝置。隨后國(guó)際上主要建成的高能EBIT 有：1990 年LLNL 建成EBIT II（2000 年搬到Lawrence Berkeley 實(shí)驗(yàn)室）［5］，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）于1994年建成NIST EBIT［6］，英國(guó)牛津大學(xué)于1994 年 建 成Oxford EBIT［7］，日 本 于1996 年 建 成Tokyo-EBIT［8］，德 國(guó) 馬 普 研 究 所 于1997 年 建 成Berlin-EBIT［9］，2000年Freiburg-EBIT在弗萊堡大學(xué)建成，后遷至海德堡，更名為Heidelberg-EBIT［10］。此外，中國(guó)上海EBIT［11］、北愛爾蘭Belfast-EBIT［12］、瑞典Stockholm-EBIT［13］、加拿大粒子與核物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室TITAN-EBIT［14］等陸續(xù)被建成。為了節(jié)約成本且同時(shí)能滿足相關(guān)科學(xué)研究需要，國(guó)際上也發(fā)展了一些緊湊型中低能EBIT，緊湊型電子束離子阱（Compact EBIT，簡(jiǎn)稱CoBIT）大都采用液氮冷卻的高溫超導(dǎo)磁體或永磁鐵，降低了研制和運(yùn)行成本，操作簡(jiǎn)單，如德國(guó)分別于1999 年和2001 年建成Dresden EBIT I 和Dresden EBIT II［15］、日本NIFS 的CoBIT［16］、以及復(fù)旦大學(xué)的兩臺(tái)緊湊型EBIT［17］和西北師范大學(xué)有一臺(tái)CoBIT［18］。

高能EBIT 的能量目前最高能達(dá)到200 keV，但造價(jià)非常昂貴而且維護(hù)成本高。相比較而言，中低能EBIT 具有造價(jià)和維護(hù)成本低且占用空間小的優(yōu)勢(shì)。但目前國(guó)際上的中低能EBIT 的能量大多在20 keV 以下，如NIFS 的最大能量為3 keV，德國(guó)的Dresden EBIT I最大能量在15 keV，復(fù)旦大學(xué)緊湊型EBIT 最高能量在5 keV。對(duì)于ITER 和CFETR 的鎢雜質(zhì)光譜（Te=20～30 keV）分析來說，中能段EBIT（能量在20～30 keV）具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，既可以滿足芯部又能滿足邊界等離子體鎢雜質(zhì)輻射譜線研究，能對(duì)絕大多數(shù)鎢雜質(zhì)高電離態(tài)光譜進(jìn)行研究。發(fā)展一套該能量段的EBIT，對(duì)于分析鎢雜質(zhì)高電離態(tài)光譜，進(jìn)一步研究聚變堆鎢雜質(zhì)聚芯和輸運(yùn)具有非常重要的意義。鎢雜質(zhì)譜線識(shí)別和原子數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是目前ITER和CFETR鎢雜質(zhì)輸運(yùn)研究的重點(diǎn)。目前在上海EBIT裝置上開展了低能段下（＜10 keV）鎢離子（W11+、W25+、W26+、W27+、W28+等）電子結(jié)構(gòu)研究，為ITER 邊界等離子體光譜診斷提供依據(jù)。同時(shí)還與歐盟的JET 托卡馬克光譜組聯(lián)合開展了W45+、W46+、W50+的X射線光譜研究，獲得了重要的原子數(shù)據(jù)，很好地協(xié)助了雜質(zhì)輸運(yùn)和等離子體光譜診斷的研究［19］。

緊湊型電子束離子阱大都采用液氮冷卻的高溫超導(dǎo)磁體或永磁鐵，來降低研制和運(yùn)行成本，同時(shí)操作簡(jiǎn)單。但是目前CoBIT低能段裝置能量范圍最高為5 keV左右，中能段最高的能量為15 keV，仍然無法用于ITER 和CFETR（Te=20～30 keV）的鎢雜質(zhì)光譜研究，因?yàn)榭紤]到電子能量具有麥克斯韋分布，電子束能量上限至少為30 keV 才能觀測(cè)到類似于ITER 和CFETR 等離子體中芯部鎢雜質(zhì)光譜譜線。針對(duì)聚變等離子體診斷需求，研制一種低成本，便于運(yùn)行和維護(hù)的中能段（20～30 keV）EBIT系統(tǒng)來研究ITER 和CFETR 等離子體的鎢光譜譜線，為鎢雜質(zhì)輸運(yùn)研究提供必要的原子數(shù)據(jù)支持。本文提出一種基于中能段電子束離子阱的雜質(zhì)光譜研究平臺(tái)（Medium-Energy Impurity Spectra Platform，MISP），采用無液氦損壞制冷機(jī)冷卻的低溫超導(dǎo)磁體，電子束能量可達(dá)30 keV，電子束電流可達(dá)30 mA，可用于觀測(cè)到類似于ITER 和CFETR 等離子體中芯部鎢、鐵、氬、氙等托卡馬克常見的金屬雜質(zhì)光譜譜線。

1 MISP系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)未來ITER以及CFTER裝置運(yùn)行的電子溫度能段（20～30 keV）的高原子序數(shù)（Z）雜質(zhì)離子光譜的研究，在各EBIT 上尚未深入展開，無法滿足未來磁約束聚變反應(yīng)堆中高Z 雜質(zhì)離子光譜的測(cè)量需求，而且高能EBIT 機(jī)時(shí)緊張，所以目前有必要針對(duì)ITER和CFETR中的鎢雜質(zhì)輸運(yùn)研究研制一種低成本，便于運(yùn)行和維護(hù)的中能段緊湊型（20～30 keV）EBIT 系統(tǒng)，來模擬聚變堆W 雜質(zhì)光譜，同時(shí)也可以應(yīng)用于其他原子的光譜研究，為托卡馬克相關(guān)物理診斷發(fā)展提供重要的原子數(shù)據(jù)支持。作為光譜研究平臺(tái)，也可為其他用戶提供光譜分析手段，作為研究平臺(tái)進(jìn)行儀器共享?；谥心芏坞娮邮x子阱的雜質(zhì)光譜研究平臺(tái)主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：

電子束最高能量：30 keV（未來ITER 以及CFTER裝置運(yùn)行的電子溫度在20～30 keV）。

電子束最高束流：30 mA（現(xiàn)有的中低能EBIT的束流范圍一般在10～50 mA，這里考慮收集極熱負(fù)荷的壓力，留有一定的余量）。

最高磁場(chǎng)強(qiáng)度：1.0 T（主要考慮電子束半徑的壓縮到100～200 μm，同時(shí)考慮緊湊型設(shè)計(jì)，線圈尺寸不能過大）。

磁體冷卻方式：無液氦損耗制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻（如果采用液氮冷卻的常溫超導(dǎo)，由于超導(dǎo)的臨界溫度效應(yīng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度很難達(dá)到1 T，除非采用大線圈）。

1.1 MISP的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)

超導(dǎo)磁場(chǎng)的主要作用是壓縮電子束，增強(qiáng)電子流密度，以加快電離速度。隨著超導(dǎo)線圈所產(chǎn)生的軸向強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)它的徑向壓縮，其直徑約縮減為原來的1/30，密度可提高1 000 倍，電離、激發(fā)、復(fù)合等原子過程的反應(yīng)速率隨之大幅提高。磁場(chǎng)不能太高，磁場(chǎng)強(qiáng)度太大了電子束可能不能達(dá)到收集極。比如在束流10 mA、磁場(chǎng)強(qiáng)度為5 T 的情況下，電子束能量一旦被降低到低于6.5 keV，就會(huì)發(fā)生電子返回的現(xiàn)象［20］。

MISP 的磁場(chǎng)擬采用無液氦損耗的制冷機(jī)冷頭傳導(dǎo)冷卻的小型低溫鈮鈦（NbTi）超導(dǎo)磁體（亥姆霍茲線圈）來約束高能電子束，在實(shí)現(xiàn)高約束磁場(chǎng)的同時(shí)又極大地降低研制成本［21］。根據(jù)MISP的設(shè)計(jì)需求，漂移管段磁場(chǎng)要滿足磁場(chǎng)強(qiáng)度B0=1.0 T，軸向距漂移管中心L=±15 mm，磁場(chǎng)均勻度優(yōu)于±1‰。MISP 的超導(dǎo)磁場(chǎng)是由兩個(gè)平行的亥姆霍茲線圈產(chǎn)生，是一對(duì)彼此平行且連通的共軸圓形線圈，每一線圈匝數(shù)都為N匝，兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同，線圈之間距離d 正好等于圓形線圈的平均半徑R，如圖1 所示。假設(shè)兩個(gè)線圈中軸線磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，根據(jù)畢奧薩伐爾定理［22］，可以得到：

式中：I為線圈的電流；x為軸向的位置，假設(shè)漂移管中心為原點(diǎn)。當(dāng)x=0、R=d 時(shí)，此時(shí)兩線圈的中心軸線上磁場(chǎng)最均勻。

圖1 亥姆霍茲線圈示意圖Fig.1 Diagram of Helmholtz coils

考慮冷屏和多層絕熱及導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩個(gè)線圈間隔需要滿足d ＞70 mm，考慮到一定的余量兼顧緊湊型設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)兩線圈的距離d=75 mm。根據(jù)畢奧-薩伐爾定理，在亥姆霍茲線圈軸線上中心處磁場(chǎng)強(qiáng)度與線圈電流和線圈匝數(shù)成正比，假設(shè)為亥姆霍茲線圈軸線上中心處磁場(chǎng)強(qiáng)度B0，則：

我們?cè)O(shè)計(jì)的線圈運(yùn)行額定電流為20 A，線圈距離d= 75 mm，線圈內(nèi)徑R=75 mm，線圈外徑為125 mm，根據(jù)這些條件，采用 COMSOL Multiphysics5.4 進(jìn)行了仿真。圖2 和圖3 分別為在COMSOL 環(huán)境下模擬的磁場(chǎng)云圖和線圈中軸線上±60 mm 范圍內(nèi)磁場(chǎng)分布一維線圖。通過圖2 和圖3我們可以看到在這種條件下可以獲得滿足設(shè)計(jì)要求的均勻磁場(chǎng)。圖4和圖5分別為通過COMSOL模擬得到的EBIT 中沒有加磁場(chǎng)約束或者磁場(chǎng)均勻度不好時(shí)候的電子束軌跡，此時(shí)部分電子會(huì)碰壁而損失掉，這樣在中心漂移管處與離子碰撞反應(yīng)的電子密度很低，就很難得到我們想要的高電荷態(tài)離子，同時(shí)也會(huì)造成管道壁的損傷。圖6 為加了圖2 所示的均勻磁場(chǎng)下的電子束軌跡，我們可以看到電子束被很好地壓縮，并可以順利到達(dá)收集極。圖5（b）和圖6（b）為將電子束部分進(jìn)行局部放大的圖，這樣可以更明顯看出兩種情況下的電子束軌跡的差異。

圖2 亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布云圖Fig.2 Contour of magnetic field of Helmholtz coils

圖3 磁場(chǎng)線圈中軸線上±60 mm范圍內(nèi)磁場(chǎng)分布一維線圖Fig.3 One dimensional plot of magnetic field distribution within±60 mm on the central axis of the magnetic field coil

模擬結(jié)果顯示設(shè)計(jì)參數(shù)可以滿足磁場(chǎng)強(qiáng)度和均勻度的要求，此結(jié)果可以為下一步實(shí)際設(shè)計(jì)提供依據(jù)。實(shí)際中我們還要用電流密度做設(shè)計(jì)優(yōu)化，后期還需要根據(jù)選線的參數(shù)確定匝數(shù)和電流值。磁體供電電流源精度是影響磁場(chǎng)均勻度另一個(gè)主要因素，另外匝數(shù)影響到線圈的儲(chǔ)能和感應(yīng)電壓以及失超后的磁體的安全溫度，這些都是需要進(jìn)一步考慮。

圖6 均勻磁場(chǎng)中EBIT的電子束軌跡(a)合適比例圖，(b)局部放大圖Fig.6 Electron beam trajectories of EBIT in a uniform magnetic field (a)Fit size plot,(b)Zoom plot

1.2 MISP的內(nèi)電極系統(tǒng)設(shè)計(jì)

EBIT 內(nèi)電極系統(tǒng)主要由電子發(fā)射極、漂移管、電子收集極三模塊組成。由于電子在中心漂移管中的動(dòng)能取決于電子槍陰極發(fā)射面和中心漂移管的電勢(shì)差，所以在本EBIT 的設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵參數(shù)束流能量最高值為30 keV，即要求上述電勢(shì)差達(dá)到該值。對(duì)于高壓系統(tǒng)來說，各電極和周邊不同組件間的電勢(shì)差是一個(gè)重要限制條件，決定了可以在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)維持的最高高壓。設(shè)計(jì)主要需考慮上述三個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)電極間、各模塊之間、各模塊和真空腔室間的高壓絕緣。根據(jù)一般的經(jīng)驗(yàn)，各模塊將分別建立在一個(gè)高壓平臺(tái)上（有時(shí)電子槍和收集極也公用一個(gè)高壓平臺(tái)）。所以相對(duì)而言模塊內(nèi)部的電極間絕緣壓力會(huì)小一些，主要的高壓絕緣壓力將在各模塊和地之間。所以在考慮主腔室（即包含磁體的一體式腔室）設(shè)計(jì)時(shí)，我們?cè)瓌t是給各模塊留盡量多的外部絕緣距離，最好限度地保證高壓的安全性和穩(wěn)定性。

根據(jù)文獻(xiàn)［23］中關(guān)于真空中帶介質(zhì)的絕緣距離，在非理想情況下，我們盡量控制在超過15 kV/4～5 mm。所以為保證最大的耐壓能力，需控制電極的外部直徑和減少尖端數(shù)目，最終電極模塊設(shè)計(jì)成圓柱型。由于線圈采用制冷機(jī)冷卻，其制冷功率有限，需要懸掛吊裝和冷屏阻擋來降低漏熱。這限制了磁體腔室內(nèi)部的上下間距，為了方便電極模塊的安裝，以及高壓絕緣的考慮，應(yīng)盡量減小上下出口法蘭的間距。一般而言，帶有液冷的收集極會(huì)具有更大的直徑，故將其設(shè)計(jì)到窗口外，以獲得最大的有效絕緣距離。而電子槍相對(duì)直徑較小，其位置將可以深入到法蘭內(nèi)。

為保證大束流輸出不低于20 mA，采用了美國(guó)Kimball Physics 的ES-440 型LaB6（六硼化鑭）陰極。該陰極發(fā)射面的直徑為1.78 mm，最大電流發(fā)射能力可達(dá)一百多毫安。LaB6具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性好、蒸發(fā)率低，同時(shí)它還有金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。在真空中，高溫下該材料與本底氣體反應(yīng)時(shí)，生成的化合物的熔點(diǎn)都較低，這些生成物又不斷蒸發(fā)，使LaB6發(fā)射面始終保持純凈的狀態(tài)，這就使得抗中毒能力特別強(qiáng)。由于揮發(fā)較慢，其使用壽命也很長(zhǎng)，以幾年計(jì)。另一方面為保證電子槍的可靠性，在槍體設(shè)計(jì)中大量使用導(dǎo)熱藍(lán)寶石來實(shí)現(xiàn)絕緣和溫度的導(dǎo)出。

1.3 MISP的光譜測(cè)量

MISP主要用于觀測(cè)X射線波段的雜質(zhì)譜線，采用晶體譜儀具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。相比平面或者柱面彎曲晶體，球面晶體具有雙聚焦特性，根據(jù)EBIT 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可采用高分辨率球面彎晶譜儀（X-ray Crystal Spectrometer，XCS）。本課題將采用合適的晶體參數(shù)（如2d=0.491 nm），通過設(shè)計(jì)可調(diào)角度的晶體支撐，可以靈活調(diào)節(jié)觀測(cè)波段，覆蓋從0.2～0.4 nm波長(zhǎng)（Bragg 衍射角28°～54°），估算球面晶體采用曲率半徑1 500 mm 時(shí)，可以獲得8 000 左右的光譜分辨本領(lǐng)。彎晶譜儀的設(shè)計(jì)思路為：

1）采用多晶體組合的衍射單元（包括單晶體和雙晶體）；

2）將出射孔置于CFm（晶體中心C 和水平聚焦點(diǎn)Fm）之間，以獲取較高的光通量；

3）衍射角為：θave=53.946°；

4）球面晶體的中心點(diǎn)C點(diǎn)至探測(cè)器的中心點(diǎn)A點(diǎn)的距離是：AC=fm=R·sinθ= R·sinθave=1 500 mm×sin53.946°=1 213 mm；

5）W線和Z線在探測(cè)器上的間距近似為：Δxwz=R·sinθave·Δθwz=18.88 mm；

6）對(duì)于PILATUS 900K 而言，其最好的空間分辨能力為Δx=0.172 mm，則球面彎晶譜儀診斷系統(tǒng)的譜分辨率為：λ/Δλ=tanθave·R·sinθave/Δx=9 685。

1.4 MISP的輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MISP 輔助系統(tǒng)主要包括真空系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。由于EBIT內(nèi)等離子體密度極低，其真空室真空度要達(dá)到10-8Pa 量級(jí)，對(duì)真空室材料和焊接技術(shù)方面有著極高的要求，所以在真空腔室的加工過程中要極其嚴(yán)格。參照上海SH-PermEBIT 和SH-HtscEBIT 超高真空腔體的設(shè)計(jì)［24］，其采用一臺(tái)最大抽速約為300 L·s-1的安捷倫分子泵以及一臺(tái)小抽速的安捷倫分子泵，抽速約為70 L·s-1，經(jīng)過3 d可達(dá)6.6×10-6Pa，經(jīng)過3 周以上的時(shí)間，真空度可達(dá)6.6×10-7Pa，實(shí)際上腔體中心區(qū)域比規(guī)管測(cè)量處的真空度要高，極限真空可達(dá)10-8Pa量級(jí)。實(shí)際上真空度優(yōu)于4×10-7Pa就達(dá)到產(chǎn)生高電荷態(tài)離子的實(shí)驗(yàn)條件。為了確保達(dá)到所需的真空度，我們?cè)O(shè)計(jì)也采用兩臺(tái)渦輪分子泵，一臺(tái)大抽速分子泵，抽速為600 L·s-1，以及一臺(tái)小抽速分子泵，抽速為70 L·s-1，配合干泵，再加上烘烤，由于制冷機(jī)的制冷，可以使超高真空腔體的溫度達(dá)到100 K 以下，實(shí)際可實(shí)現(xiàn)腔體真空度要優(yōu)于上海兩臺(tái)裝置。

為實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)冷卻需要將磁體杜瓦配置一臺(tái)制冷機(jī)。選用住友SD-415D 型號(hào)的制冷機(jī)，其制冷能力為：1st 35 W@50 K（50 Hz）；2nd 1.5 W@4.2 K（50 Hz）?？紤]到一級(jí)冷頭到磁體冷屏?xí)?0 K以上的溫差，一級(jí)冷頭溫度按照小于4.5 K 設(shè)計(jì)，則漏熱要小于25 W。

注氣系統(tǒng)采用成熟的差分微量氣體注入系統(tǒng)，通過微量閥將氣體注入四通混合腔，然后通過差分長(zhǎng)管，并經(jīng)過吹氣口進(jìn)入到阱區(qū)。阱區(qū)相應(yīng)窗口也做了對(duì)應(yīng)的接口設(shè)計(jì)。吹氣口采用藍(lán)寶石或聚四氟乙烯保證絕緣。

高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)電源機(jī)柜陣列，一個(gè)是電子發(fā)生器和收集器平臺(tái)，另一個(gè)是漂移管平臺(tái)。電子發(fā)生器和收集器平臺(tái)包含電流源1 臺(tái)，5 kV 電壓源5 臺(tái)，30 kV 電壓源1 臺(tái)，隔離變壓器1 臺(tái)；漂移管平臺(tái)包含5 kV電壓源兩臺(tái)，10 kV電壓源1臺(tái)。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將采用C++開發(fā)，整合各個(gè)電源的控制和回讀，并進(jìn)行記錄和顯示。同時(shí)整合部分主要分子泵、干泵以及閥門的控制和回讀。系統(tǒng)將基于Windows系統(tǒng)編寫，使用工控PC控制。

2 結(jié)語(yǔ)

本文提出了中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所基于中能段電子束離子阱（EBIT）雜質(zhì)光譜研究平臺(tái)的（MISP）概念設(shè)計(jì)，主要包括內(nèi)電極系統(tǒng)設(shè)計(jì)、磁場(chǎng)設(shè)計(jì)、光譜平臺(tái)及其他輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)。MISP設(shè)計(jì)的電子束的能量上限為30 keV，電子束的束流上限為20 mA，漂移管中心均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.0 T，磁體冷卻方式為無液氦損耗制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻。EBIT 的優(yōu)勢(shì)是電子束能量單一且連續(xù)可調(diào)，SHF-EBIT可以作為未來ITER 以及CFTER 裝置運(yùn)行的能段（20～30 keV）的高Z雜質(zhì)離子光譜研究平臺(tái)。