[發明專利]一種用于微弱束流的流強探測系統

有效

• 申請號: 202110176237.5
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112987076B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張鑫;朱光宇;武軍霞;杜澤;尹佳;魏源;張雍;張兆龍;謝宏明;景龍;李志學;顧可偉;宿建軍;田瑞霞
• 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: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙悅

本發明屬于加速器中離子束探測技術領域。涉及一種用于微弱束流的流強探測系統，包括：探測腔體，探測探頭、高阻放大器、帶通濾波器、可調放大衰減模塊組和頻譜儀；探測探頭設置在探測腔體中，用于檢測微弱束流信號；高阻放大器設置在探測腔體的外側，用于放大微弱束流信號；帶通濾波器接收經過放大的信號，并過濾掉經過放大的信號中的低頻干擾噪音與高頻諧波；可調放大衰減模塊組，通過控制衰減器工作模式，將經過濾波的信號幅度控制在預設范圍內，并將位于預設范圍內的信號傳輸至頻譜儀；頻譜儀，用于根據預設范圍內的信號獲得微弱束流的流強。其無需阻攔束流的前進，能夠對nA級別的束流產生有效信號，并滿足高靈敏度，低造價等要求。

技術領域

本發明涉及一種用于微弱束流的流強探測系統，屬于加速器中離子束探測技術領域。

背景技術

對于加速器整體裝置來說，束流診斷系統是極其重要的系統之一，它作為加速器的眼睛，通過對束流的各項指標的測量反饋給使用者，實現機器整體穩定運行。國內外加速器實驗室都十分重視束診系統的研究及應用，而其中，對于束流流強的探測是整個系統最基本也是最重要的研究之一。

目前，對于束流流強較低的離子束的流強探測通常采用法拉第筒或交流電流變壓器(ACCT)進行探測。在實際工作中的極端情況下，主加速器(SSC)輸出束流流強可能會非常低，甚至低至nA量級，傳統的流強探測系統會由于本底噪聲接近μA量級，導致靈敏度不夠，從而無法探測到此種極限情況下離子束的流強。針對此種很微弱的離子束，現有的一些探測手段大多是采用束流攔截式探測，完全阻擋束流前進，不利于加速器系統調試并且會影響其正常的實驗進程。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種用于微弱束流的流強探測系統，其無需阻攔束流的前進，能夠對nA級別的束流產生有效信號，并滿足高靈敏度，低造價等要求。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種用于微弱束流的流強探測系統，包括：探測腔體，探測探頭、高阻放大器、帶通濾波器、可調放大衰減模塊組和頻譜儀；探測探頭設置在探測腔體中，用于檢測微弱束流信號；高阻放大器設置在探測腔體的外側，用于放大微弱束流信號；帶通濾波器接收經過放大的信號，并過濾掉經過放大的信號中的低頻干擾噪音與高頻諧波；可調放大衰減模塊組，通過控制衰減器工作模式，將經過濾波的信號幅度控制在預設范圍內，并將位于預設范圍內的信號傳輸至頻譜儀；頻譜儀，用于根據預設范圍內的信號獲得微弱束流的流強。

進一步，探測腔體為管狀腔體，其一端為束流入射端，另一端設置有法拉第筒，法拉第筒由于對流強探測系統進行標定。

進一步，法拉第筒的下方設有離子泵，離子泵用于提高探測腔體的真空度。

進一步，探測探頭包括兩個極板和設置在兩個極板組成空間的中心位置的同軸線纜，同軸線纜包括同軸設置的內管和外管，內管用于傳導束流信號，外管用于將束流信號引出。

進一步，極板為容性極板，極板的長度為500mm，且其張角為130°。

進一步，極板通過Vespel聚四氟乙烯端頭進行固定。

進一步，探測腔體的內壁設有真空饋通管，真空饋通管連接內管，用于在不破壞真空的情況下將束流信號引出探測腔體。

進一步，高阻放大器為至少兩個，各高阻放大器均與合路器連接，并通過合路器連接帶通濾波器。

進一步，可調放大衰減模塊組包括若干相互串聯的衰減器和PLC控制系統，通過PLC控制系統將經過濾波的信號幅度控制在預設范圍內。

進一步，可調放大衰減模塊組的放大器增益為40dB，若干路衰減器串聯衰減范圍為0-63dB。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：

1、本發明探測系統具有極高的束流傳輸阻抗，可以對流強為亞nA量級的束流信號進行有效測量。