一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于加速器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置，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(jìn)行有效聚焦，聚焦效果必須通過離子束斑大小和形狀進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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。本實(shí)用新型克服了上述方法的缺點(diǎn)，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；本實(shí)用新型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]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置，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。
[0005]本實(shí)用新型的脈沖離子束截面圖像的測量裝置，其特點(diǎn)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(jī)組、成像分析儀、離子源脈沖電源、隔離變壓器；
[0006]本實(shí)用新型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(jī)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。
[0007]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(yùn)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(jī)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(qiáng)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?jì)算機(jī)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。
[0008]本實(shí)用新型的脈沖離子束截面圖像的測量裝置的測量過程，依次包括以下步驟:
[0009]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；
[0010]b)開通加速電源，其高壓值可調(diào)；
[0011 ] 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；
[0012]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(shí)驗(yàn)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；
[0013]e)由真空機(jī)組將脈沖離子束截面圖像測量裝置中的真空抽到5X 10_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;
[0014]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；
[0015]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)；
[0016]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；
[0017]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。
[0018]本實(shí)用新型不受可見光的影響，不受流強(qiáng)和脈沖頻率的限制；本實(shí)用新型使用的設(shè)備材料簡便，容易制備和購置；本實(shí)用新型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；本實(shí)用新型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】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的脈沖離子束截面圖像的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]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(jī)組10.成像分析儀 11.離子源脈沖電源 12.隔離變壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0022]實(shí)施例1
[0023]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖1中，本實(shí)用新型的脈沖離子束截面圖像的測量裝置包括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(jī)組，10.成像分析儀，11.離子源脈沖電源，12.隔離變壓器。
[0024]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4，把成像板3固定在鋁襯板4上，板面與脈沖離子束運(yùn)行方向垂直；開啟并調(diào)節(jié)加速電源8的高壓值到30kV ;由真空機(jī)組9將測量裝置中石英玻璃管2內(nèi)真空度抽到5 X 10_4Pa，調(diào)節(jié)離子源脈沖電源11的輸出脈沖為單次，離子源I放電，產(chǎn)生單次脈沖離子，離子束被加速，并打到成像板3上；關(guān)閉加速電源8、關(guān)閉離子源脈沖電源11。關(guān)閉真空機(jī)組9并將測量裝置放氣達(dá)到正常大氣壓；將不銹鋼法蘭7從測量裝置中拆出，取出成像板3，用成像分析儀10對成像板3掃描，在成像分析儀10的顯示器上得到單次脈沖離子束截面和成像板3輪廓圖像；如果單次脈沖離子束截面圖像超出成像板3輪廓，則用成像分析儀10的附件清洗儀清除成像板3中單次脈沖離子束潛像，用可調(diào)螺桿5、可調(diào)螺母6前后調(diào)節(jié)成像板3與離子源I引出口間距。并多次重復(fù)上述全過程，直至單次脈沖離子束截面圖像在成像板3輪廓之內(nèi)；根據(jù)圖像觀測單次脈沖離子束形狀和密度分布情況，并測量束斑的橫向和縱向尺寸。
[0025]實(shí)施例2
[0026]本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，實(shí)施過程相同，不同之處是:調(diào)節(jié)加速電源8的高壓值為120kV ;設(shè)置離子源脈沖電源10的輸出脈沖重復(fù)頻率為0.1Hz ;從離子源脈沖電源10啟動開始計(jì)時，測量時間為20s。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置，其特征在于，所述的裝置包括離子源(I )、石英玻璃管(2)、成像板(3)、鋁襯板(4)、調(diào)距螺桿(5)、調(diào)距螺母(6)、不銹鋼法蘭(7)、加速電源(8)、真空機(jī)組(9)、成像分析儀(10)、離子源脈沖電源(11)、隔離變壓器(12);其連接關(guān)系是，所述的離子源(I)、成像板(3)均設(shè)置在石英玻璃管(2)內(nèi)，石英玻璃管(2)通過管道與真空機(jī)組(9)連接；鋁襯板(4)依次通過調(diào)距螺母(5)、調(diào)距螺桿(6)固定連接在不銹鋼法蘭(7)上；成像板(3)固定在鋁襯板(4)上；加速電源(8)的正極與離子源(I)的引出端連接，加速電源(8)負(fù)極與不銹鋼法蘭(7)連接；離子源脈沖電源(11)的公共端與離子源(I)引出端連接，離子源脈沖電源(10)正極與離子源(I)陽極連接，離子源(I)陽極與隔離變壓器(12)的高壓端連接；隔離變壓器(12)的低壓端與地連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置，其特征在于，所述的鋁襯板(4)和成像板(3)為正方形或者圓形，成像板(3)與離子束流運(yùn)行方向垂直。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置，其特征在于，成像板(3)與離子源(I)引出口的間距可調(diào)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種脈沖離子束截面圖像的測量裝置，尤其是一種加速電壓連續(xù)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。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(jī)組、成像分析儀、離子源脈沖電源、隔離變壓器?？煞奖愕赜^測該圖像的形狀、定量測量束斑的橫向尺寸和縱向尺寸。
【IPC分類】G01T3/00
【公開號】CN204694852
【申請?zhí)枴緾N201520443851
【發(fā)明人】周長庚, 柯建林, 邱瑞
【申請人】中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月26日