本實(shí)用新型屬于粒子收集技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及行波管、返波管、速調(diào)管、回旋管、自由電子激光、奧羅管、太赫茲脈塞真空電子器件，以及粒子直線加速器、回旋加速器、同步輻射機(jī)等真空粒子器件中使用的粒子收集裝置

背景技術(shù)：

大部分真空器件包括行波管、返波管、直線加速器等都必須使用的一種粒子收集裝置。粒子收集裝置主要作用是將互作用完成的粒子收集，即將剩余能量回收，并且減少粒子輻射和返流，增強(qiáng)散熱。需要提高收集極和器件整體效率時(shí)，通常采用多級(jí)降壓收集極。

現(xiàn)有粒子收集裝置大多為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如圖1所示。粒子收集裝置內(nèi)無(wú)磁場(chǎng)，故而進(jìn)入到粒子收集裝置內(nèi)的粒子由于空間電荷力散開(kāi)，能量較高的粒子射程更遠(yuǎn)，所以采用多級(jí)收集極葉片1的方式進(jìn)行粒子收集，尾端2的收集極葉片1電壓更高，不斷向注入端4的入射孔3靠近，收集極葉片1的電壓也不斷降低。具有一定能量的粒子束打到收集極葉片內(nèi)壁，產(chǎn)生彈性碰撞和非彈性碰撞，則會(huì)激發(fā)產(chǎn)生二次粒子，由于收集極葉片1和注入端4間的電壓差，則會(huì)產(chǎn)生粒子返流，返流從注入端4進(jìn)入到互作用區(qū)間，影響粒子和場(chǎng)的互作用，降低真空器件整體效率和功率。

因此，研制低返流的粒子收集裝置就具有極其重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中軸對(duì)稱粒子收集裝置返流率高、收集效率低的不足，提供一種磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置，以降低返流率、并提高粒子收集效率，從而提高真空器件整體效率和功率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置，其特征在于，包括：

兩塊磁塊，所述兩塊磁塊前后并行垂直放置，并在兩塊磁塊之間形成一個(gè)水平方向的磁場(chǎng)；

粒子注入端，位于兩塊磁塊之間的位置，粒子從粒子注入端入射孔射入，并從垂直于磁場(chǎng)方向注入到磁場(chǎng)中，注入粒子在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平面和磁場(chǎng)方向垂直；

多片粒子收集葉片，位于兩塊磁塊之間的粒子旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)水平位置上方，從高到低依次放置，最高位置的粒子收集葉片長(zhǎng)度最短，其離粒子注入端側(cè)的邊沿距離粒子注入端水平位置最遠(yuǎn)，其他的從高到低長(zhǎng)度依次增加，離粒子注入端側(cè)的邊沿依次向粒子注入端水平方向靠近。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述多片粒子收集葉片上加載(設(shè)置)的電壓沿著旋轉(zhuǎn)方向逐步降低。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。

本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置，通過(guò)兩塊磁塊施加水平磁場(chǎng)，使得粒子注入端注入的粒子在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)平面與磁場(chǎng)方向垂直，同時(shí)，粒子旋轉(zhuǎn)半徑和粒子能量成正比；在旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)水平位置，從高到低設(shè)置依次向粒子注入端靠近的多片粒子收集葉片，粒子收集葉片從高到低收集能量逐漸減低的粒子。本實(shí)用新型采用偏心型多級(jí)收集極葉片進(jìn)行粒子收集，注入的粒子在磁場(chǎng)的作用下旋轉(zhuǎn)并偏離粒子注入端的入射孔，同時(shí)，部分碰撞產(chǎn)生的二次粒子，如果其從側(cè)面往入射孔方向逆旋轉(zhuǎn)反射，也會(huì)由于磁場(chǎng)的作用，旋轉(zhuǎn)半徑大大減小，多數(shù)二次粒子將返回不到入射孔位置，從而降低了返流率、并提高粒子收集效率，從而提高真空器件整體效率和功率。本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、返流低、收集效率高的粒子收集裝置，能夠廣泛地應(yīng)用于粒子加速器、電真空器件等技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有常規(guī)軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)粒子收集裝置的剖視圖；

圖2是本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置一種具體實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2所示磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置的前后中心線剖視圖；

圖4是本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置粒子收集示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本實(shí)用新型的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。

圖2是本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置一種具體實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。

在本實(shí)施例中，如圖2所示，本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置包括兩塊磁塊100、粒子注入端200、多片粒子收集葉片400。所述兩塊磁塊100為矩形塊，前后并行垂直放置，并在兩塊磁塊之間形成一個(gè)水平方向的磁場(chǎng)。在本實(shí)施例中，為一個(gè)由外向內(nèi)的磁場(chǎng)，為了簡(jiǎn)潔，用三根箭頭表示，兩塊磁鐵之間都具有由外向內(nèi)的水平磁場(chǎng)。

所述粒子注入端200位于兩塊磁塊100之間的下側(cè)位置，粒子從粒子注入端200入射孔300射出，并從下側(cè)垂直于磁場(chǎng)方向注入到磁場(chǎng)中，注入粒子在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平面和磁場(chǎng)方向垂直。在本實(shí)施例中，粒子為電子，電子在磁場(chǎng)的作用下，向右側(cè)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

所述多片粒子收集葉片400為四片，位于兩塊磁塊100之間的粒子旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)即右側(cè)水平位置，從高到低依次放置，最高位置的粒子收集葉片400距離粒子注入端200水平位置最遠(yuǎn)，然后從高到低依次向粒子注入端靠近。如圖2所示，最高位置的粒子收集葉片400的左側(cè)邊沿距離粒子注入端200水平位置最遠(yuǎn)，最低位置的粒子收集葉片400的左側(cè)邊沿距離粒子注入端200水平位置最近。

在本實(shí)施例中，如圖3所示，在粒子注入端200的入射孔300通過(guò)兩塊磁塊100施加水平磁場(chǎng)，粒子注入時(shí)則會(huì)旋轉(zhuǎn)(圖中虛線箭頭所示)，其旋轉(zhuǎn)平面和磁場(chǎng)方向垂直，旋轉(zhuǎn)半徑和粒子能量成正比。在旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)，即右側(cè)水平位置上方從高到低依次放置，最高位置的粒子收集葉片400距離粒子注入端水平位置最遠(yuǎn)，收集能量最高的粒子，然后從高到低依次向粒子注入端靠近，收集能量逐漸減低的粒子。在本實(shí)施例中，以左邊對(duì)其，粒子收集葉片400最高位置的左右長(zhǎng)度也最短，然后根據(jù)不同能量粒子的旋轉(zhuǎn)半徑，沿著旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置左右長(zhǎng)度逐漸變長(zhǎng)的粒子收集葉片，收集能量逐漸減低的粒子。

需要說(shuō)明的是，上述方位的表示僅僅是便于描述各個(gè)組成部分的相對(duì)位置，實(shí)際具體實(shí)施過(guò)程中，可以根據(jù)具體情況而定。

本實(shí)用新型和現(xiàn)有的軸對(duì)稱粒子收集裝置不同：首先本實(shí)用新型不是軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如圖4所示，因?yàn)榇艌?chǎng)導(dǎo)致注入粒子旋轉(zhuǎn)，圖4中圓弧為粒子旋轉(zhuǎn)軌跡，形成旋轉(zhuǎn)平面，所以本實(shí)用新型提出的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置，由于磁場(chǎng)方向決定粒子旋轉(zhuǎn)方向，所以在旋轉(zhuǎn)平面上看到的結(jié)構(gòu)是在旋轉(zhuǎn)方向上尺寸大，而逆旋轉(zhuǎn)方向上尺寸小，也就是部分碰撞產(chǎn)生的二次粒子，如果其從側(cè)面往入射孔方向逆旋轉(zhuǎn)反射，也會(huì)由于磁場(chǎng)的作用，旋轉(zhuǎn)半徑大大減小，多數(shù)二次粒子將返回不到入射孔位置，從而降低了返流率、并提高粒子收集效率，從而提高真空器件整體效率和功率。

其次，粒子收集葉片400也不是軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，只是沿著旋轉(zhuǎn)方向上有長(zhǎng)度不同的葉片作為粒子收集葉片400。

本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置電壓設(shè)置方式和軸對(duì)稱粒子收集裝置的電壓設(shè)置方式不同。軸對(duì)稱粒子收集裝置的電壓設(shè)置由遠(yuǎn)及近電壓逐步降低，本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置電壓設(shè)置方式，是根據(jù)磁場(chǎng)導(dǎo)致不同能量粒子旋轉(zhuǎn)半徑不同，而沿著旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置電壓逐步降低，從理論上來(lái)說(shuō)，就是在不同半徑圓上設(shè)置不同的電壓?？偟膩?lái)說(shuō)，本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置是一種全新的、完全不具有軸對(duì)稱形式的結(jié)構(gòu)，其電壓的設(shè)置方式也和軸對(duì)稱粒子收集裝置完全不同。

進(jìn)一步說(shuō)明：本實(shí)用新型提出磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置中粒子收集葉片在受到粒子轟擊時(shí)也產(chǎn)生二次粒子，產(chǎn)生的二次粒子能量較低，由于粒子受到磁場(chǎng)和電場(chǎng)同時(shí)作用，運(yùn)動(dòng)軌跡明顯發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不會(huì)返回進(jìn)入到互作用區(qū)域，從而抑制二次粒子返流，提高收集效率，進(jìn)而提高了真空器件整體效率和輸出功率。本實(shí)用新型磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的偏心粒子收集裝置可以根據(jù)不同能量粒子的旋轉(zhuǎn)半徑不同設(shè)置較多的收集極葉片，從而提高了收集極效率。

在本實(shí)施例中，如圖2，采用兩塊磁塊100之間形成的矩形磁場(chǎng)，兩塊磁塊100左右長(zhǎng)32mm、前后寬5mm、高20mm、間距15mm，磁場(chǎng)強(qiáng)度0.1T，注入粒子為電子，其電壓約為20Kv時(shí)，粒子收集葉片400有四個(gè)，前后方向的寬度為14.4mm，施加電壓為10Kv、8Kv、6Kv、1Kv，懸空深入長(zhǎng)度即左側(cè)邊沿距離粒子注入端的距離根據(jù)10Kv、8Kv、6Kv、1Kv分別計(jì)算獲得。

在具體實(shí)施過(guò)程中，磁場(chǎng)的尺寸和強(qiáng)度以及粒子收集葉片400位置、長(zhǎng)度和數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

盡管上面對(duì)本實(shí)用新型說(shuō)明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本實(shí)用新型，但應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本實(shí)用新型構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。