[發明專利]荷電離子束流強度測量系統及其測量方法

在審

• 申請號: 201810458808.2
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108415063A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 姚存峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供了一種荷電離子束流強度測量系統及其測量方法，該測量系統包括離子束傳輸真空管道、電磁掃描設備、離子束斑探測器、半攔截式束流探測器、攔截式束流探測器和輻照材料；電磁掃描設備，設置在所述離子束傳輸真空管道前端的外部；離子束斑探測器、半攔截式束流探測器、攔截式束流探測器和輻照材料順次設置在離子束傳輸真空管道內，其中輻照材料設置在離子束傳輸真空管道的后端。本公開突破了傳統鋁箔三明治測束技術中存在的測量精度差，易燒蝕損壞等問題，同時也克服了樣品與法拉第筒一體式設計中操作不便利、導電樣品限制等不足，采用一種半攔截式的測束技術，更加適合在強流、長時間、不同輻照材料實驗中使用。

技術領域

本公開涉及荷電離子輻照材料技術領域，尤其涉及一種荷電離子束流強度測量系統及其測量方法。

背景技術

離子加速器是利用人工方法產生高速離子束的核科學裝置，目前被廣泛地應用于核物理、生物學、生命科學、國防、航天航空及材料領域。上世紀中期，離子加速器首次被應用于材料科學，隨著研究的深入，不斷涌現了一些新現象、新效應，并催生了一些新的應用，如材料改性、新型功能材料合成及核材料輻照評價及篩選等，進一步激發了人們的研究熱情。利用離子加速器產生的離子束輻照材料，可以使材料的微觀結構發生變化，進而影響材料的物理、化學乃至機械性能，因此離子加速器是材料研究的一種強有力的工具。在離子束輻照材料的研究中，離子束流強度(離子數/cm2·s)和離子輻照劑量(離子數/cm2)是兩個非常關鍵的參數，如何在實驗中精確測量這兩個參量就成為一個不可避免的重要問題。

傳統上，目前一般采用鋁箔三明治聯合法拉第筒進行離子束流測量，鋁箔三明治是三層平行排列的，厚度約幾個um的鋁膜，前、后鋁箔加偏壓、中間鋁箔連接電流表，通過聯合法拉第筒，以實現束流的在線測量。但這種測量系統存在以下幾個技術缺點：其一離子束通過三層鋁箔會損傷一定的能量，因此只能適用于高能離子束流的測量，無法進行幾十MeV離子束流測量。其二鋁箔無法長時間抵抗高功率束流的轟擊，易發生燒蝕洞穿，因此在測量大功率束流有一定的局限性。其三離子束輻照會使鋁箔電學性能改變，進而影響束流測量的穩定性。在專利CN201510236343.2中提到“小面積離子束輻照小樣品注入劑量的實時監測裝置及方法”，采用單個法拉第筒進行束流測量，法拉第筒的底部可拆卸，既是樣品臺，又是束流接收器，這個發明技術改善了離子束流測量精度，但也存在明顯技術不足：1.將樣品臺和法拉第筒合為一體，雖然簡化了系統，但為樣品的安裝帶來許多不便；2.法拉第筒底部作為束流接收器，要求具有良好的導電性能，因此對待輻照材料的導電性有要求，因此該發明也存在一定的局限性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種荷電離子束流強度測量系統及其測量方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種荷電離子束流強度測量系統，包括：離子束傳輸真空管道；電磁掃描設備，設置在所述離子束傳輸真空管道前的外部；離子束斑探測器，設置在所述離子束傳輸真空管道內部，與所述電磁掃描設備相鄰；半攔截式束流探測器，設置在所述離子束傳輸真空管道內部，與所述離子束斑探測器相鄰；所述半攔截式束流探測器分別與外部的電流表和電壓表連接；攔截式束流探測器，設置在所述離子束傳輸真空管道內部，與所述半攔截式束流探測器相鄰；所述攔截式束流探測器分別與外部的電流表和直流電源連接；輻照材料，設置在所述離子束傳輸真空管道后端的內部。

在本公開的一些實施例中，半攔截式束流探測器包括：半攔截式束流接收筒，所述半攔截式束流接收筒設有底部開口；所述半攔截式束流接收筒筒壁上設有接線柱；第一屏蔽環，與所述半攔截式束流接收筒的筒口通過絕緣桿連接；所述第一屏蔽環上設有接線柱；第一電子抑制環，與所述第一屏蔽環通過絕緣桿連接；所述第一電子抑制環上設有接線柱。