一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于加速器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置及方法，尤其是加速電壓可調(diào)、脈沖為單次或脈沖頻率可調(diào)的脈沖離子束截面圖像的測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖加速器在核技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的應(yīng)用。脈沖中子管在無損檢測和脈沖中子測井領(lǐng)域中有很重要的應(yīng)用。脈沖加速器和脈沖中子管的工作原理是由脈沖離子源放電產(chǎn)生脈沖氘離子，脈沖氘離子經(jīng)加速電極加速后打到氚靶上，形成氘氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生14MeV脈沖中子。脈沖離子束從離子源引出后，一部分打到靶上，由于離子發(fā)散的原因，另外一部分離子束會發(fā)散到管壁上或其它位置，稱為散焦。通常希望打到靶上的脈沖離子多，而發(fā)散其它位置的脈沖離子少，因此，必須對脈沖離子束進行有效聚焦，聚焦效果必須通過離子束斑大小和形狀進行測量和觀測。在脈沖離子束流和氚靶相互作用過程研宄中，也希望觀測到脈沖離子束截面圖像。飛行時間質(zhì)譜儀是國際上普遍應(yīng)用的化學(xué)分析儀器，在譜儀的制造過程中，也需要得到脈沖離子收集器的脈沖束斑和圖像截面信息。
[0003]目前所有對脈沖離子束斑大小和形狀進行測量和觀測的方法都有明顯不足:焦斑觀測方法，需要大量離子束轟擊金屬材料產(chǎn)生燒死蝕痕跡，形成所謂焦斑。此方法需要離子束流強度大，重復(fù)次數(shù)多，因此不適用于脈沖離子束尤其是單次脈沖離子的觀測；光欄和靶上束流測量法，需要在靶上和光欄上分別測量脈沖離子電流，此方法測量時間長，只能得到脈沖離子束分布，難以獲得單次脈沖離子分布，也不能得到脈沖離子束截面圖像；熒光靶測量方法雖然能夠獲得脈沖離子束截面圖像，但放電過程產(chǎn)生的可見光也會在熒光靶上產(chǎn)生響應(yīng)，因此截面圖像準(zhǔn)確度較差。本發(fā)明克服了上述方法的缺點，用成像板收集脈沖離子束，用激光掃描獲得脈沖離子的截面圖像；本發(fā)明解決了脈沖加速器或脈沖中子管束流截面圖像觀測的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置，本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種脈沖離子束截面圖像的測量方法，尤其是加速電壓在可調(diào)、脈沖為單次或脈沖頻率可調(diào)的脈沖離子束截面圖像的測量裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的脈沖離子束截面圖像的測量裝置，其特點是，所述的裝置包括離子源、石英玻璃管、成像板、鋁襯板、調(diào)距螺桿、調(diào)距螺母、不銹鋼法蘭、加速電源、真空機組、成像分析儀、離子源脈沖電源、隔離變壓器；
本發(fā)明的脈沖離子束截面圖像的測量裝置及方法的技術(shù)方案是，離子源和成像板都設(shè)置在石英玻璃管中，石英玻璃管通過管道與真空機組連接；鋁襯板由調(diào)距螺母和調(diào)距螺桿固定在不銹鋼法蘭上，鋁襯板和不銹鋼法蘭連接；成像板固定在在鋁襯板上；加速電源的正極與離子源的引出端連接，加速電源負(fù)極與不銹鋼法蘭連接；離子源脈沖電源的公共端與離子源引出端連接，離子源脈沖電源正極與離子源陽極連接，離子源陽極與隔離變壓器高壓端連接；隔離變壓器低壓端與地連接。
[0006]所述的鋁襯板和成像板為正方形或者圓形，成像板固定在鋁襯板上，成像板與離子束流運行方向垂直。成像板與離子源引出口的間距可調(diào)。利用真空機組使測量裝置中真空度達(dá)到5X10_4Pa以上，當(dāng)測量裝置的脈沖離子源放電時，陰極材料被電離，產(chǎn)生等離子體。當(dāng)在引出極施加一個高壓時，脈沖離子束被引出并打到成像板上。成像板在接收到脈沖離子束后，其中的靈敏層被激發(fā)，攜帶離子束分布的潛像。成像板從脈沖離子束截面圖像測量裝置中取出后，經(jīng)成像分析儀釋放強光使靈敏層退激，將其潛像轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像再轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像傳輸?shù)接嬎銠C里，可準(zhǔn)確地觀測該圖像的形狀、定量測量束斑橫向和縱向的尺寸。
[0007]本發(fā)明的脈沖離子束截面圖像的測量方法，依次包括以下步驟:
a)在脈沖離子束截面圖像的測量裝置靶位置設(shè)置一個鋁襯板，與脈沖離子束流方向垂直；
b)開通加速電源，其高壓值可調(diào)；
c)啟動離子源脈沖電源，輸出的脈沖為單次或脈沖頻率可調(diào)，離子源陰陽極間放電，產(chǎn)生脈沖電離，脈沖離子束被加速，并打到鋁襯板上，示波器測量鋁襯板上的電流波形，得到的波形須與離子源脈沖電源電流波形基本相同；
d)關(guān)閉加速電源、關(guān)閉離子源脈沖電源，關(guān)閉真空閥并將實驗裝置放氣達(dá)到正常大氣壓，把成像板固定在在薄鋁襯板上，與離子束流方向垂直；
e)由真空機組將脈沖離子束截面圖像測量裝置中的真空抽到5X10_4Pa以上，開通加速電源，調(diào)節(jié)其高壓值；離子源陰陽極間放電，產(chǎn)生電離，離子束被加速，并打到成像板上；
f)關(guān)閉加速電源、關(guān)閉離子源脈沖電源；關(guān)閉真空閥并將脈沖離子束截面圖像測量裝置放氣達(dá)到正常大氣壓；將成像板取出，用成像分析儀對其掃描，得到包括成像板輪廓在內(nèi)的離子束截面圖像；
g)如果離子束截面圖像超出成像板輪廓，則用成像分析儀的附件清洗儀清除成像板上離子束潛像；用可調(diào)螺桿、可調(diào)螺母前后調(diào)節(jié)成像板與離子源引出口間距，并多次重復(fù)從b)到f)步驟，直至離子束截面圖像在成像板輪廓之內(nèi)；
h)根據(jù)截面圖像觀測離子束形狀和密度分布情況，測量束斑橫向尺寸和縱向尺寸；
i)分別改變離子源脈沖電源輸出脈沖的頻率，分別改變加速電源的高壓值，并按從a)到h)步驟操作，分別得到不同重復(fù)頻率和不同加速電壓的離子束截面圖像，觀測到相應(yīng)離子束形狀和密度分布情況，測量到相應(yīng)束斑的橫向和縱向尺寸。
[0008]本發(fā)明不受可見光的影響，不受流強和脈沖頻率的限制；本發(fā)明使用的設(shè)備材料簡便，容易制備和購置；本發(fā)明不限于測量石英玻璃管中產(chǎn)生的離子束截面圖像，也適用于脈沖離子加速器和密封前脈沖中子管截面圖像的測量；本發(fā)明不局限于脈沖離子束截面圖像的測量，也適用于連續(xù)離子束截面圖像的測量。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的脈沖離子束截面圖像的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1.離子源 2.石英玻璃管 3.成像板 4.鋁襯板 5.調(diào)距螺桿6.調(diào)距螺母 7.不銹鋼法蘭 8.可調(diào)加速電源 9.真空機組 10.成像分析儀 11.離子源