[發明專利]一種基于單諧振腔的束團長度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710398527.8
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107218880B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 羅箐;王岍;孫葆根
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;付久春

本發明公開了一種基于單諧振腔的束團長度測量裝置及裝置，該裝置包括：矩形雙模諧振腔，連接在該束流管道上，能同時產生TMsubgt;310/subgt;模式和TMsubgt;130/subgt;模式的諧振信號；兩個同軸探針，插設在矩形雙模諧振腔上，能將該矩形雙模諧振腔內不同頻率的電磁場信號互不干擾地耦合輸出；調節式金屬微擾體，插設在矩形雙模諧振腔上，能微調該矩形雙模諧振腔的諧振頻率。該測量裝置由于直接測量同一諧振腔的多個特征模式即可得到束團長度和束流流強，減少了所需諧振腔的數量，實現了束流診斷設備的小型化，節省了系統成本，由于能將兩種模式的信號互不干擾地耦合出來，避免了兩個諧振腔之間信號互相干擾的問題，提高了系統信噪比。

技術領域

本發明涉及直線加速器束流測量與診斷領域，特別涉及一種矩形雙模諧振腔式束團長度測量裝置及方法。

背景技術

目前，直線加速器束團長度的測量方法很多，其中，對于高品質束流源來說，基于諧振腔的束團長度測量方法實現相對方便，適用范圍較廣，且能夠提供較大幅度和較高信噪比的信號，是較有潛力的束團長度測量手段。當束流經過諧振腔時，將在諧振腔內部激勵起本征模式。其中某一個模式的功率表達式可以表示為：

其中，I為諧波電流流強，R為該模式的分路阻抗，I₀為基波流強，ω是該模式的工作頻率，σ_τ為束團長度。P和R均由實測得到。

由于式中存在基波流強I₀和束團長度σ_τ兩個未知量，故而目前的諧振腔式束團長度測量系統至少要由兩個不同工作頻率ω的諧振腔組成，聯立兩腔輸出功率的方程才能求解出束團長度。但是，兩個諧振腔占用較大空間，使得測量系統的復雜程度很高，同時兩腔的電磁場之間互相耦合干擾，降低了系統信噪比。

發明內容

基于現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供一種基于單諧振腔的束團長度測量裝置及方法，其緊湊簡單且信噪比高，克服現有的束團長度測量裝置中兩個諧振腔占用較大空間，系統復雜程度高，以及兩腔信號互相耦合干擾導致信噪比下降的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明實施方式提供一種基于單諧振腔的束團長度測量裝置，包括：

矩形雙模諧振腔，設在該束流管道上，該矩形雙模諧振腔的腔體內與束流管道連通，能同時產生TM_n10模式和TM_1n0模式的諧振信號，其中n為奇數；

兩個同軸探針，插設在所述矩形雙模諧振腔上，能將該矩形雙模諧振腔內不同頻率的電磁場信號互不干擾地耦合輸出；

調節式金屬微擾體，插設在所述矩形雙模諧振腔上，能微調該矩形雙模諧振腔的諧振頻率。

本發明實施方式還提供一種基于單諧振腔的束團長度測量方法，采用本發明所述的基于單諧振腔的束團長度測量裝置，包括以下步驟：

使帶電粒子經過所述測量裝置的束流管道，在所述矩形雙模諧振腔內激發出TM₃₁₀模式和TM₁₃₀模式兩種諧振模式，兩種諧模式包含束團長度和束流流強信息；

調整調節式金屬微擾體的插入所述矩形雙模諧振腔內的深度，使兩種諧振模式都處于最佳的諧振狀態，兩種諧振模式的電磁場信號均達到最強，對兩種諧振模式的兩個信號分別經所述兩個同軸探針互不干擾地耦合輸出；

測得所述兩個同軸探針輸出的兩個信號功率，將兩個信號功率分別帶入兩種諧振模式各自對應的功率表達式，聯立兩個功率方程求解即得到測量的束流流強和束團長度。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的基于單諧振腔的束團長度測量裝置及方法，其有益效果為：