[發(fā)明專利]一種用于低能重離子的束團(tuán)參數(shù)測量系統(tǒng)，以及一種頻率諧振選能能量測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310161430.7
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN103207405A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁任賢;周偉民;冷用斌;陳之初;陳杰;葉愷容;俞路陽;閻映炳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低能重離子的束團(tuán)參數(shù)測量，更具體地涉及一種用于低能重離子的束團(tuán)參數(shù)測量系統(tǒng)，以及一種頻率諧振選能能量測量方法。?

背景技術(shù)

一般而言，需要對離子源輸出的束團(tuán)，進(jìn)行各種束團(tuán)參數(shù)，如發(fā)射度、能散度以及離子比等參數(shù)的診斷，以便合理設(shè)計(jì)各種加速器參數(shù)對該束團(tuán)進(jìn)行利用。對于電子機(jī)器而言，輸出的電子束由于其靜止能量較小，電子槍輸出的束團(tuán)β值已經(jīng)接近1，診斷時(shí)可以不考慮空間電荷效應(yīng)的影響，可以在足夠的空間距離上安排各種診斷儀器對其進(jìn)行各種參數(shù)的測量。但對于重離子源輸出的低能重離子束團(tuán)而言，由于能量一般僅數(shù)十keV，束團(tuán)β值一般遠(yuǎn)小于1，束團(tuán)內(nèi)部存在比較嚴(yán)重的空間電荷效應(yīng)，即束團(tuán)外圍的離子受到其內(nèi)部離子的靜電排斥作用，該靜電排斥作用將隨著時(shí)間，或者說離子漂移距離的增加而線性增加，由此導(dǎo)致束團(tuán)參數(shù)的惡化。因此，在盡可能短的漂移距離內(nèi)完成各種束團(tuán)參數(shù)的診斷，成為低能重離子源的迫切需求。?

目前，對于重離子源的發(fā)射度測量，主要采用Alison電偏轉(zhuǎn)平臺(tái)方案，參見P.W.Allison,J.D.Sherman,et.al.,“An?Emittance?Scanner?for?Intense?Low-Energy?Ion?Beams”IEEE?Transactions?on?Nuclear?Science,1983,30(4):2204，該方案可以在幾百毫米的漂移距離之內(nèi)完成發(fā)射度測量。但是該方案的缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)對束團(tuán)的發(fā)射度測量，如果需要完成能散度、離子比測量，則需增加新的測量設(shè)備，占用更多縱向空間，導(dǎo)致空間電荷效應(yīng)增加。對于能散度、離子比測量，則采用偏轉(zhuǎn)磁鐵方案，需要的漂移距離主要由能散度的測量分辨率決定，一般而言，具有能量偏差的重離子，通過偏轉(zhuǎn)磁鐵后的束團(tuán)尺寸變化，由能量偏差ΔE/E+E₀及速度偏差ΔV/V=ΔE/2E決定，其中E₀是該種離子的靜止能量，E是該離子束團(tuán)的平均動(dòng)能。由于靜止能量遠(yuǎn)?大于平均動(dòng)能，一般而言，通過偏轉(zhuǎn)磁鐵后的束團(tuán)尺寸變化主要由速度偏差決定，也就是Δσ/σ=ΔE/2E，其中，σ是離子束半徑。如果需要得到0.1%的能散度測量分辨率，則需要束團(tuán)尺寸的測量分辨率為0.05%，而由于較強(qiáng)的空間電荷效應(yīng)導(dǎo)致的束團(tuán)彌散，使得實(shí)現(xiàn)此種程度的束團(tuán)尺寸測量分辨率成為幾乎不可能完成的任務(wù)，進(jìn)而導(dǎo)致該低能重離子的能散度達(dá)不到一定的分辨率。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于低能重離子的束團(tuán)參數(shù)測量系統(tǒng)，以及一種頻率諧振選能能量測量方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中空間電荷效應(yīng)導(dǎo)致束團(tuán)彌散，進(jìn)而導(dǎo)致低能重離子源的能散度的測量分辨率不高，以及需要分別通過增加新的設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)對能散度、發(fā)射度、離子比三種參數(shù)的測量的缺陷。?

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：?

本發(fā)明提供一種用于低能重離子的束團(tuán)參數(shù)測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)包括：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，真空內(nèi)測量探頭，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及外部激勵(lì)源，其中，所述真空內(nèi)測量探頭包括：由低能重離子依次穿過的前位置選擇狹縫、前平板激勵(lì)電極、后平板激勵(lì)電極以及后位置選擇狹縫；以及位于所述后位置選擇狹縫之后的法拉第筒（Faraday?Cup）；其中，所述前平板激勵(lì)電極和后平板激勵(lì)電極分別包括一對平行設(shè)置的上電極板和下電極板，所述上電極板和下電極板分別設(shè)置于所述低能重離子的束流中軸線的上方和下方，所述前平板激勵(lì)電極和后平板激勵(lì)電極之間間隔一漂移段；其中，所述真空內(nèi)測量探頭裝載于所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上，所述外部激勵(lì)源分別與所述前平板激勵(lì)電極和后平板激勵(lì)電極電連接，并受所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制，以輸出激勵(lì)信號，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述法拉第筒相連。?

所述外部激勵(lì)源包括掃頻激勵(lì)源和三角波激勵(lì)源。?

所述前平板激勵(lì)電極和后平板激勵(lì)電極的所述上、下電極板的電極間距在汽缸或電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下改變。?

所述電極間距在5mm和15mm兩檔之間切換，分別用于能散度和發(fā)射度的測量。?

所述前位置選擇狹縫和后位置選擇狹縫的寬度均為20μm。?

所述前平板激勵(lì)電極和后平板激勵(lì)電極的長度與所述漂移段的長度均為?100mm。?