[實(shí)用新型]一種基于Halbach二極磁鐵的湯姆遜離子譜儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720032904.1
• 申請(qǐng)日: 2017-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206362939U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 滕建;陳佳;賀書(shū)凱;鄧志剛;洪偉;朱斌;張博;張智猛;矯金龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): G01T1/36
• 分類號(hào): G01T1/36;G01T1/29
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙)51239
• 代理人: 劉華平

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及等離子體物理和核探測(cè)領(lǐng)域，具體地講，是涉及一種基于Halbach二極磁鐵的湯姆遜離子譜儀。

背景技術(shù)

在強(qiáng)場(chǎng)激光等離子體物理研究以及慣性約束聚變研究中，激光與靶相互作用產(chǎn)生的離子種類和能譜是關(guān)系實(shí)驗(yàn)物理過(guò)程的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。傳統(tǒng)用于離子種類及能譜診斷的設(shè)備為湯姆遜離子譜儀。其電場(chǎng)方向與磁場(chǎng)方向平行。假設(shè)離子入射方向?yàn)閆方向，磁場(chǎng)方向?yàn)閄方向，垂直磁場(chǎng)方向及離子入射方向?yàn)閅方向。入射離子通過(guò)準(zhǔn)直孔進(jìn)入湯姆遜譜儀，同時(shí)受到X方向的電場(chǎng)加速和Y方向的磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，在電場(chǎng)方向做加速運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)方向做圓周運(yùn)動(dòng)。在穿出譜儀的磁場(chǎng)和電場(chǎng)區(qū)域后，不再受到磁場(chǎng)和電場(chǎng)作用，以穿出電、磁場(chǎng)時(shí)的速度和方位做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

隨著激光技術(shù)的發(fā)展以及激光質(zhì)子加速技術(shù)的深入研究，實(shí)驗(yàn)上可以產(chǎn)生高達(dá)幾十甚至上百M(fèi)eV的高能質(zhì)子及其它離子。因此需要更高能量診斷范圍的湯姆遜離子譜儀。目前常用的湯姆遜離子譜儀其磁場(chǎng)是由兩塊相互平行的磁鐵產(chǎn)生的二極磁場(chǎng)。磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度越大所需要的軛鐵就越厚，譜儀的體積和質(zhì)量也會(huì)成倍增加。要實(shí)現(xiàn)100MeV以上能譜診斷，且能譜分辨小于5% ，需要?dú)庀?cm、材料為NdFeB的磁鐵長(zhǎng)20cm，磁場(chǎng)峰值強(qiáng)度為0.91T。為了產(chǎn)生這樣的強(qiáng)磁場(chǎng)，需要磁鐵尺寸為280mm*280mm*220mm(長(zhǎng)*寬*高)，質(zhì)量超過(guò)100公斤。這種湯姆遜譜儀體積和質(zhì)量都比較大，在瞄準(zhǔn)時(shí)移動(dòng)不便，在特定條件下體積過(guò)大甚至?xí)蔀闊o(wú)法克服的缺點(diǎn)。

根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論，每個(gè)永磁鐵所具有的靜磁場(chǎng)能是一定的，如果將這些能量束縛在更小的空間內(nèi)，將得到更強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，常見(jiàn)的湯姆遜離子譜儀的二極磁鐵結(jié)構(gòu)，通常是利用軛鐵將磁場(chǎng)束縛在軛鐵和永磁鐵之間的氣隙中，由于軛鐵相對(duì)磁導(dǎo)率在10³量級(jí)，永磁鐵和空氣相對(duì)磁導(dǎo)率在10⁰量級(jí)，導(dǎo)致大部分磁場(chǎng)能量集中在軛鐵中，氣隙間的磁場(chǎng)強(qiáng)度常常只有永磁鐵剩磁的一半，甚至更低。要得到更強(qiáng)的磁場(chǎng)需要增加軛鐵厚度、減小氣隙，導(dǎo)致磁鐵體積增加，且有效的磁場(chǎng)空間會(huì)更小。

實(shí)用新型內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述磁場(chǎng)強(qiáng)度與體積的矛盾關(guān)系問(wèn)題，本實(shí)用新型提供設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的一種基于Halbach二極磁鐵的湯姆遜離子譜儀。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種基于Halbach二極磁鐵的湯姆遜離子譜儀，包括準(zhǔn)直圓盤、錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵、Halbach二極磁鐵、電極板、兩根電源線、成像板、裝配內(nèi)殼和裝配外殼；

所述準(zhǔn)直圓盤中心帶有準(zhǔn)直通孔；

所述錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵內(nèi)部開(kāi)有錐形通孔，其錐形小端和錐形通孔的錐形小端在同一側(cè)；

所述Halbach二極磁鐵為由八瓣不同極化方向的永磁鐵形成的帶柱狀通孔的圓柱體；該八瓣不同極化方向的永磁鐵均為弧度為45°柱狀體；

所述電極板由兩塊“凸”字型金屬板構(gòu)成；兩塊金屬板之間呈一定夾角；兩塊金屬板前端之間的距離小于其后端之間的距離；兩塊金屬板的前端設(shè)置在Halbach二極磁鐵的柱狀通孔的內(nèi)部，并且，與Halbach二極磁鐵的前端齊平，其后端分別連接兩根電源線；

所述錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵的錐形小端和準(zhǔn)直圓盤緊貼在一起，其另一端和Halbach二極磁鐵的一個(gè)底面緊貼在一起；錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵的中心軸線、準(zhǔn)直圓盤的中心軸線以及Halbach二極磁鐵的中心軸線重合；錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵的錐形小端的直徑與準(zhǔn)直圓盤的直徑相等，其另一端的直徑和Halbach二極磁鐵的底面的直徑相等，其錐形通孔的直徑大于準(zhǔn)直圓盤的準(zhǔn)直通孔的直徑，其另一端的通孔的直徑與Halbach二極磁鐵的柱狀通孔的直徑相等；

所述裝配內(nèi)殼包裹住Halbach二極磁鐵的圓柱面；裝配外殼前端呈錐狀，其后端呈圓柱體狀；該裝配外殼緊密包裹住準(zhǔn)直圓盤、錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵和裝配內(nèi)殼，其后端與兩塊金屬板的后端齊平；

所述成像板設(shè)置在兩個(gè)金屬板之間，其與Halbach二極磁鐵的中心軸線成一定角度，并且，其與Halbach二極磁鐵的柱狀通孔中的磁場(chǎng)方向平行。

具體地，兩塊金屬板的其中一塊金屬板平行于Halbach二極磁鐵的中心軸線，其法向與Halbach二極磁鐵的柱狀通孔中的磁場(chǎng)方向平行；另一塊金屬板與Halbach二極磁鐵的中心軸線呈一定夾角。

具體地，錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵的錐形小端的直徑為其另一端的直徑的一半；錐形磁場(chǎng)屏蔽鐵的厚度為Halbach二極磁鐵的柱狀通孔的直徑的四分之三。

具體地，成像板呈矩形。