[發明專利]一種離子束流自動測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201210313386.2
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102819033A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 陳學勇;宋逢泉;祝慶軍;廖燕飛;宋鋼
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明是一種離子束流自動測量系統及測量方法，涉及離子源、束流光學、離子注入技術、粒子加速器、核能等領域。

背景技術

對于離子束流，對其束流強度、發射度、能散度和單原子離子比的測量是具有很重要意義的。在離子源的研究中，離子束流的這些參數直接反映了離子源性能的好壞。離子注入技術是用能量為100keV量級的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發生一系列物理的和化學的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結構和性能發生變化，從而優化材料表面性能，或獲得某些新的優異性能，在半導體材料摻雜，金屬、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上獲得了極為廣泛的應用。在離子注入技術中，離子束流的這些參數也直接影響著離子注入的效果。在粒子加速器領域中，將離子的能量加速到一定量級，從而利用高能離子束進行基礎研究或放射治療。被加速的離子束，要求束流強度大、發射度低、能散度低、單原子離子比高。另外，在核能領域中，加速器驅動的次臨界系統（ADS系統）是先進核能研究的一個重要方面，其中，氘離子束由離子源產生，經過加速器加速成高能氘離子束，最終打在旋轉氚靶上，發生氘氚聚變反應，產生能量為14MeV量級的中子。

現行的離子束流的測量方法，對于束流強度，有法拉第筒法、二次電子補償法、直流束流變壓器（DCCT）等。其中，DCCT法允許離子束流無截止通過，但價格昂貴，二次電子補償法對材料制備要求較高，從經濟適用角度考慮，目前測量非電子的離子束流的束流強度，一般采用法拉第筒法，其結構簡單、造價低、適用范圍廣，且精度較高。對于發射度的測量，多采用縫絲法，用縫和絲分別獲取單元束流的位置和發射角的信息。其分為多縫單絲法和單縫單絲法，其中多縫單絲法，結構較為簡單，但是產生的多個單元束流之間會有相互影響，單縫單絲法能避開相鄰束流間的相互影響，精確度較高，但是此方法既要對極板電壓進行掃描，又要對截面位置進行掃描，故結構較為復雜，測量速度相對較慢。對于能散度的測量，有電場減速法和電場偏轉法，其中電場偏轉法測量精度更高。對于單原子離子比的測量，主要有電場偏轉法和磁場偏轉法，根據不同荷質比的粒子在電場或磁場中運動的軌跡不同，將一束離子束流中不同的粒子分開，從而測量其各種離子所占的比例。

離子束流的束流強度、發射度、能散度和單原子離子比，都有相應的測量方法。但是，目前的技術中，對離子束流的束流強度、發射度、能散度和單原子離子比的測量均是由完全獨立的系統完成的，沒有一個集成的系統，用來測量離子束流的束流強度、發射度、能散度和單原子離子比。在某些情況下，對離子束流的這四個參數都非常關心，需要獲取離子束流這四個參數的信息。但是，由于沒有一個集成的系統，所以對每一個參數進行測量，都需要先將離子源裝置與該參數的測量裝置通過接口法蘭連接，還要保證束流所經過空間維持一定的真空度。要進行另一參數的測量，需要先停閉離子源系統，并將先前的測量裝置拆卸，再安裝此參數的測量裝置。此種測量方法，由于需要多次的安裝與拆卸、離子源系統的關閉與啟動，費時、費力、對離子源和參數測量裝置的損耗較大，同時影響了離子源系統的穩定性。所以，一種可以在離子源穩定運行不停機的狀態下完成對離子源離子束流所有參數的測量的系統是必要的。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種離子束流的參數測量系統，該系統具有操作方便、測量速度快、測量精度高、利于設備的維護等特點。