一種加速器分析磁鐵后疑似離子束的甄別方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種加速器分析磁鐵后疑似離子束的甄 別方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常情況下，從加速器輸出的離子束成分并不單一，它們或者能量有所差異，或者 質(zhì)量有所不同。因此，為了獲得所需的離子束，經(jīng)常要用離子束偏轉(zhuǎn)分析元件將束流中不 同能量或不同質(zhì)量的離子成分分離開來，選取符合需要的單一成分的離子通過偏轉(zhuǎn)分析系 統(tǒng)，以保證離子束的純度，確保相關(guān)利用離子束開展的實驗研究工作的順利進(jìn)行。
[0003] 常見的離子束偏轉(zhuǎn)分析元件包括：靜電分析器，偏轉(zhuǎn)磁鐵，開關(guān)磁鐵，分析磁鐵和 交叉場分析器等，其中以分析磁鐵應(yīng)用的最為廣泛。
[0004] 分析磁鐵作為一種離子動景:分析器，其選擇所需離子的基本原理為：
[0005]
[0006] 其中B為分析磁鐵所施加的磁場，Q為離子所帶的電荷量，M為離子的質(zhì)量，V為離 子的速度，R為分析磁鐵的曲率半徑。
[0007] 從公式⑴可以看出，如果咼子的動量MV與電荷量Q的比值相同，即使咼子的質(zhì) 量和速度并不相同的兩種離子，分析磁鐵從原理上也是無法將它們分離開來的。
[0008] 經(jīng)過加速器加速后獲得的離子束，一般情況下，主要成分為某單一成分的離子束， 其在總離子束中所占比例通常會非常高，如果實驗要選取的離子恰好為這一構(gòu)成總離子束 主要成分的單一離子，根據(jù)公式（1)調(diào)整好分析磁鐵的磁場，使其滿足實驗所需離子順利 通過需要的動量分析條件，則通過分析磁鐵得到的離子無疑為純度很高的實驗所需離子 束。
[0009] 但如果要選取的離子束成分在分析磁鐵前的總束流中所占比例份額非常小，或者 甚至沒有十分把握確定該實驗所需離子束成分的存在，這種情況下經(jīng)過分析磁鐵后，對獲 得的滿足分析磁鐵動量分析條件的離子束，就需要非常認(rèn)真的加以對待，不能盲目的認(rèn)為 分析磁鐵后獲得的離子束即是實驗所需的離子束。因為一方面，注入加速器入口的離子束 純度未必很高，另一方面經(jīng)過加速器加速后引出的高能離子束在進(jìn)入分析磁鐵前，通常要 穿行數(shù)米甚至十幾米的距離，高能離子在穿行過程中可能會發(fā)生各種情況，如部分離子與 輸運(yùn)線管道壁的碰撞散射，或與輸運(yùn)線管道中殘余氣體分子的相互作用，失去部分能量，失 去部分外層電子，外層捕獲電子，產(chǎn)生具有一定能量的雜質(zhì)離子等，這些不可控的因素通常 情況下均會導(dǎo)致產(chǎn)生一小部分的非所需離子，而它們又恰好能滿足分析磁鐵對通過實驗所 需離子束所設(shè)定的動量分析條件，從而順利通過分析磁鐵。對于分析磁鐵后所獲得的但又 不能十分肯定其是否為實驗所需離子束，我們定義它為疑似離子束。如何判斷此疑似離子 束是否即為實驗所需離子束，或?qū)嶒炈桦x子束在這些疑似離子束中所占的份額為多少， 目前在加速器的常規(guī)使用中，并沒有很好的方法對經(jīng)過分析磁鐵所獲得的疑似離子束進(jìn)行 甄別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)中對經(jīng)加速器加速引出的高能離子束，通過分析磁鐵的動量分析選 取后，獲得的疑似離子束在進(jìn)行判斷及甄別時存在的問題和不足，本發(fā)明提出一種對疑似 離子束進(jìn)行簡易甄別的方法，利用該方法對疑似離子束進(jìn)行相應(yīng)的分析和判斷，可以獲知 經(jīng)過分析磁鐵獲得的疑似離子束是否即為實驗所需離子束，以及實驗所需離子束在分析磁 鐵后的疑似離子束中所占的份額為多少。
[0011] 本發(fā)明的一個目的在于提供一種加速器分析磁鐵后疑似離子的甄別方法。
[0012] 本發(fā)明的加速器分析磁鐵后疑似離子的甄別方法，包括以下步驟：
[0013] 1)由已知的實驗所需離子束的質(zhì)量M、速度V。和所帶的電荷量Q，根據(jù)公式
確定分析磁鐵應(yīng)施加的磁場強(qiáng)度，調(diào)試分析磁鐵，得到分析磁鐵后疑似離子束的 束流強(qiáng)度；
[0014] 2)在分析磁鐵后加裝一對與疑似離子束行進(jìn)方向平行的對稱的靜電偏轉(zhuǎn)板，疑似 離子束的中心為靜電偏轉(zhuǎn)板的對稱中心，兩個靜電偏轉(zhuǎn)板間的距離為2D，其沿疑似離子束 行進(jìn)方向的有效長度為L，兩個靜電偏轉(zhuǎn)板上所施加的電壓為大小可調(diào)的正負(fù)對稱的恒壓， BP:-個靜電偏轉(zhuǎn)板加正的高壓U，另一個靜電偏轉(zhuǎn)板則加負(fù)的高壓-U，在靜電偏轉(zhuǎn)板施加 高壓U的情況下，兩個靜電偏轉(zhuǎn)板間將會產(chǎn)生均勻的電場E:S= ^，從而在與疑似離子束 垂直的方向上建立均勻電場；
[0015] 3)沿著疑似離子束行進(jìn)方向，在與靜電偏轉(zhuǎn)板距離為S的地方，放置離子束位置 探測器；
[0016] 4)確定在靜電偏轉(zhuǎn)板上未施加任何電壓，均勾電場不存在的情況下，通過分析磁 鐵后經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)板，疑似離子束到達(dá)離子束位置探測器的位置，以此位置作為原點〇,并 測量該處咼子束強(qiáng)度Is;
[0017] 5)在靜電偏轉(zhuǎn)板上施加電壓U后，產(chǎn)生均勻電場E的情況下，通過分析磁鐵后經(jīng)過 靜電偏轉(zhuǎn)板，疑似離子束所到達(dá)離子束位置探測器的位置，設(shè)定此點為X點，并測量該點處 離子束強(qiáng)度It;
[0018] 6)測量0點與X點間的距離，即疑似離子束的偏轉(zhuǎn)距離d;
[0019] 7)由實驗所需離子束的相關(guān)參量計算其通過分析磁鐵后經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)板（靜電 偏轉(zhuǎn)板上施加有產(chǎn)生均勻電場E的靜電高壓U)，達(dá)到離子束位置探測器的位置偏離0點的 距離，得到實驗所需離子束的偏轉(zhuǎn)距離計算值d。；
[0020] 8)如果偏轉(zhuǎn)距離d在實驗所需離子束的偏轉(zhuǎn)距離計算值d。的誤差允許的范圍內(nèi)， 則判定X點處的離子束為實驗所需離子束；
[0021] 9)將在X點測量到的離子束強(qiáng)度It與在0點測量到的離子束強(qiáng)度Is做比較，則 可得實驗所需離子束在疑似離子束中所占的比例。
[0022] 其中，在步驟1)中，由實驗所需離子束經(jīng)加速器加速后獲得的已知能量W，根據(jù)公 式可以計算實驗所需離子束的速度V。。
[0023] 在步驟7)中，由實驗所需離子束的相關(guān)參量計算其達(dá)到離子束位置探測器時的 位置偏離〇點的距離，得到實驗所需離子束的偏轉(zhuǎn)距離計算值d。，包括以下步驟：
[0024] a)設(shè)定實驗所需離子束能順利通過分析磁鐵的動量分析從而到達(dá)實驗靶室的條 件為：
[0025]
[0026] 其中MV。和Q分別為實驗所需離子束的動量和所帶電荷量，B和R分別為分析磁鐵 的均勻磁場和分析磁鐵的曲率半徑；
[0027] b)確定離子穿過均勻電場所需要的時間T :
[0028]
[0029] c)確定離子在均勻電場受到電場力的作用得到的加速度a:
[0030]
[0031] d)確定離子離開均勻電場因電場力的作用而得到的垂直入射方向的速度：
[0032] r〇

[0035] f)將公式（6)和公式⑵結(jié)合后可得
[0033] e)確定離子束在與電極板距離為S的地方偏離0點的距離，得到偏轉(zhuǎn)距離計算值 d〇：
[0034]
[0036]
[0037] 由公式（7)可見，在其他物理量都固定的情況下，離子束的偏轉(zhuǎn)距離只取決于離 子入射均勻電場時的速度，二者之間成反比關(guān)系。
[0038] 在步驟8)中，由實驗所需離子的相關(guān)已知參量，根據(jù)公式（7)計算d。，并將實 際測量的疑似離子束的偏轉(zhuǎn)距離d與實驗所需離子束的偏轉(zhuǎn)距離計算值d。作比較，如果 d。-Ad<d< (1。+Ad，則甄別疑似離子束為實驗所需離子束，其中，Ad為誤差允許值，誤差 允許值A(chǔ)d應(yīng)該不超過束流斑點的大小。
[0039] 如果在誤差允許的范圍內(nèi)，實際測量到的偏轉(zhuǎn)距離d與偏轉(zhuǎn)距離計算值d。無法吻 合，則說明疑似離子束中根本就不存在實驗所需離子束成分，它只是一些滿足實驗所需離 子束順利通過分析磁鐵動量分析條件的雜散疑似離子束的集合，不可將其輸運(yùn)到離子束實 驗靶室進(jìn)行與離子束相互作用有關(guān)的實驗研究工作。
[0040] 如果