[發明專利]一種新型弧形斜邊靜電偏轉板及粒子加速器斬波器

在審

• 申請號: 202010264501.6
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111385958A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 陳晚;郝煥鋒;蔣洪平;劉劍利;張健;張韜;陳啟明;韓正男;姚慶歡;李忠宇;李振宇;竇彥昕
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王海婷

本發明提供了一種新型弧形斜邊靜電偏轉板及粒子加速器斬波器，靜電偏轉板包括正電極板和負電極板，正電極板和負電極板均為圓弧形結構，且兩者開口相對布置，正電極板和負電極板的圓弧形結構沿入射粒子束流運動的正交方向布置，電極板的圓弧度數為84°?124°，且兩電極板的圓弧度數相同，圓弧形的正電極板和負電極板均以入射粒子束流的出口處為旋轉中心相對水平面且均朝向遠離粒子束流運動空間方向旋轉0.5°至2.5°形成弧形斜邊偏轉板結構，且兩電極板的旋轉角度相同，粒子束流通過加電的弧形斜邊偏轉板結構形成的電場后，在出口處粒子束流的偏轉角不小于10°。本發明在相同橫向尺寸及中心出口尺寸條件下，提高了粒子束的偏轉效果。

技術領域

本發明屬于粒子加速器領域，尤其是涉及一種新型弧形斜邊靜電偏轉板及粒子加速器斬波器。

背景技術

斬波器是粒子加速器的重要組成之一。斬波器這個概念一般指電路領域用于調節限制電信號幅度的電路結構；而加速器領域的斬波器指的是使帶電粒子束流發生偏轉的電學裝置，以實現束流截斷的作用。斬波器通常由一對靜電偏轉板，電源以及控制系統組成。靜電偏轉板的作用是提供偏轉電壓，當斬波器不工作時，偏轉電壓為零，帶電粒子束可直接通過斬波器進入下一級結構。斬波器工作時，帶電粒子束在庫倫力的作用下發生偏轉，導致帶電粒子束流的運動軌跡發生變化，直接打在靜電偏轉板上或損失于下一級中。這種情況下，帶電粒子束流被完全截斷。斬波器持續處于停止狀態，束流將連續通過，這種狀態稱為連續模式；斬波器按照特定時間周期處于工作——停止狀態時，束流將周期性出現，稱為脈沖模式。斬波器是實現束流連續模式及脈沖模式之間切換的核心器件。

為實現更好的斬波效果，斬波器的電場強度應盡量大，這就要求斬波器的靜電偏轉板之間的偏轉電壓應盡量大，靜電偏轉板長度盡量長，靜電偏轉板間距應盡量小。但偏轉電壓過大則電源設計難度將大幅上升，偏轉板尺寸增加則不利于加速器的小型化，靜電偏轉板間距過小則容易影響束流的正常通過。如何在上述因素基本固定的條件下實現盡可能高的電場強度是斬波器設計的核心目標之一。為實現這一目標，需要改變偏轉板的幾何結構，目前常見的偏轉板幾何結構主要有直邊結構及斜邊結構，如圖1所示。斜邊結構與直邊結構相比，可提供更大的電場強度。兩種結構極板之間的電壓差固定為4.8kV，橫向尺寸固定為5cm，直邊結構極板間距為3cm，斜邊結構出口處極板間距為2.54cm，然而在脈沖占空比過低時，對斬波器電場強度的要求將大幅提升。當斬波器橫向尺寸為5cm，中心出口尺寸不超過2.54cm時，在低占空比條件下，需要求束流偏轉角超過10度，才能使得斬波器產生有效的偏轉，實現截斷的效果。而斜邊斬波器在此條件下只能產生9度左右的偏轉，難以滿足設計需求。

因此有必要設計一種可在相同橫向尺寸及中心出口尺寸條件下實現更高的電場強度且解決低占空比條件下現有設計方案電場強度無法滿足設計要求的問題的靜電偏轉板。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種新型弧形斜邊靜電偏轉板及粒子加速器斬波器，在相同橫向尺寸及中心出口尺寸條件下，使得靠近極板邊緣處的電場大幅增強，提高了粒子束的偏轉效果，為斬波器的設計工作提供了新的方向。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種新型弧形斜邊靜電偏轉板，包括正電極板和負電極板，所述的正電極板和負電極板均為圓弧形結構，且兩者開口相對布置，所述正電極板和負電極板的圓弧形結構沿入射粒子束流運動的正交方向布置，正電極板和負電極板的圓弧度數為84°-124°，且正電極板和負電極板的圓弧度數相同，圓弧形的正電極板和負電極板均以入射粒子束流的出口處為旋轉中心相對水平面且均朝向遠離粒子束流運動空間方向旋轉0.5°至2.5°形成弧形斜邊偏轉板結構，且正電極板和負電極板的旋轉角度相同，粒子束流通過加電的弧形斜邊偏轉板結構形成的電場后，在出口處粒子束流的偏轉角不小于10°。

進一步的，電極板的厚度為1mm，電極板的長度均為50mm。

進一步的，電極板的半徑為28.94mm，角度為84°，旋轉角度為2.5°。