一种离子源束流诊断用张角测量仪制造技术

本发明专利技术属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种离子源束流诊断用张角测量仪，设置在同位素电磁分离器上，同位素电磁分离器包括设置在真空室内、设有引出电极的离子源，离子源从引出电极的引出缝中射出离子束，离子束在Y轴方向上收拢，在X轴方向上发散。该张角测量仪包括设置在真空室内的第一探头、第二探头，通过第一探头测量得到的电流信号能够获得离子束的束流流强，通过第二探头测量得到的电流信号能够获得离子束的束流的空间密度分布，通过空间密度分布能够得到离子束的束流张角；还包括能够采集、记录探头的空间位置信号和离子束的电流信号的PLC模块。该测量仪能够在线测量束流密度分布。

An ion source beam diagnosis with angle measuring instrument

The invention belongs to the technical field of electromagnetic isotope separator, in particular to an ion source beam diagnosis with angle measuring instrument is arranged in the electromagnetic isotope separator, electromagnetic isotope separator arranged in the vacuum chamber, an ion source extraction electrode, ion source from lead electrode leads to joint injection ion beam, ion beam in Y axis of fold, divergence in the X direction. The angle measuring instrument comprises a first probe and second probe is arranged in the vacuum chamber, the flow of current signal obtained by the first probe to obtain ion beam current, the space density current signal obtained by second probe measurements to obtain ion beam distribution, spatial density distribution can be obtained by ion beam beam angle; PLC module also includes current signal acquisition, recording probe space position signal and the ion beam. The instrument can measure the beam density distribution on line.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于同位素电磁分离器
，具体涉及一种离子源束流诊断用张角测量仪。
技术介绍
电磁分离方法在同位素分离领域具有不可或缺的地位，电磁分离法是利用能量相同、质量不同的离子在横向磁场中旋转半径不同实现同位素分离的。同位素电磁分离器就是采用电磁分离方法分离得到同位素的设备。待分离的离子束从同位素电磁分离器的离子源中引出，经同位素电磁分离器中的磁场分离，再被接收装置接收，完成同位素的分离工作。其中，本专利技术所采用的同位素电磁分离器的分析磁场对离子束张角在14.5°以内的离子束能够实现方向聚焦，可以进行同位素分离，否则离子束散焦，不能实现同位素分离。所以需要对离子源束流张角进行测量。本专利技术所采用的离子源是弧放电离子源，具有三电极引出系统，离子束是由离子源出口缝通过三电极系统引出的。离子束在纵向会聚束，有利于纵向聚焦(由电极曲率决定的)，横向是发散束，张角为α，张角α是由引出系统参数和放电参数决定的，它不是恒定量，而是随着引出参数，放电参数变化，即随着引出的离子束的束流的大小而变化，通过张角测量可以获得离子源各参数对张角的影响，为获得最佳的分离运行参数提供依据。张角的测量可通过离子束内束流密度的横向分布的半高宽来推算得到。目前，对于强流离子束束流的测量手段有束流变压器(BCT)、直流流强变压器(DCCT)、壁电流探头(WCM)、法拉第筒等方法。除了法拉第筒以外，其他的测量方法是通过束流产生的磁通量来获得束流的大小，可以避免探头与束流的直接接触，在加速器领域都有较多的应用。然而，张角测量仪需要测量束流密度的空间分布，在这些探测装置中，只有法拉第筒能够扫描束流获得束流密度的分布。
技术实现思路
为了实现低能强流弧放电离子源的束流的测量，采用小法拉第筒扫描测量束流的空间密度分布，从而给出束流张角，可测的张角达到±14.5°，同时用一个大法拉第筒测量离子源总引出束流流强，可测流强达到35mA。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是一种离子源束流诊断用张角测量仪，设置在同位素电磁分离器上，所述同位素电磁分离器包括设置在真空室内、设有引出电极的离子源，所述离子源从所述引出电极的引出缝中射出离子束，所述离子束在Y轴方向上收拢，在X轴方向上发散，所述Y轴方向为所述离子束的发射方向，其中，所述离子源束流诊断用张角测量仪包括设置在所述真空室内的第一探头、第二探头，通过所述第一探头测量得到的电流信号能够获得所述离子束的束流流强，通过所述第二探头测量得到的电流信号能够获得所述离子束的束流的空间密度分布，通过所述空间密度分布能够得到所述离子束的束流张角；还包括能够采集、记录所述探头的空间位置信号和所述离子束的电流信号的PLC模块。进一步，所述第二探头通过探头运动装置设置在所述真空室内，靠近所述引出缝，所述探头运动装置能够带动所述第二探头运动，所述第二探头的二维运动范围包括沿所述X轴方向运动±115mm，沿垂直于所述X轴、Y轴的Z轴方向运动±100mm。进一步，所述第一探头通过探头运动装置设置在所述真空室内，远离所述引出缝；所述探头运动装置能够使所述第一探头翻转到偏离所述离子束的位置。进一步，所述探头运动装置贯穿设置在所述真空室上，采用旋转动密封实现所述探头运动装置在真空环境与非真空环境之间的运动贯穿。更进一步，所述第一探头由一个大法拉第筒构成，所述大法拉第筒能够测量的所述束流流强达到50mA。进一步，所述大法拉第筒采用水冷冷却。进一步，所述第二探头包括探头面板及设置在所述探头面板上的若干个开口朝向一致的小法拉第筒。更进一步，所述小法拉第筒的直径小于1mm。进一步，所述小法拉第筒外围设有屏蔽罩。进一步，所述小法拉第筒与所述屏蔽罩之间设有探头绝缘子。本专利技术的有益效果在于：1.本设计采用法拉第筒测量法，通过小法拉第筒运动行程为测量探针可精密在线测量束流密度分布，可测量的束流张角达到±14.5°。2.探头运动装置采用旋转动密封，实现了大气与真空的运动贯穿。3.在测量束流张角的同时，还可在线测量离子源总引出束流，可测量流强达到50mA。附图说明图1是本专利技术具体实施方式中所述离子源束流诊断用张角测量仪的原理图；图2是本专利技术具体实施方式中所述离子源束流诊断用张角测量仪的前视图；图3是本专利技术具体实施方式中所述离子源束流诊断用张角测量仪的俯视图；图4是本专利技术具体实施方式中所述离子源束流诊断用张角测量仪的侧视图；图5是本专利技术具体实施方式中所述第二探头驱动结构的示意图图6是本专利技术具体实施方式中所述第二探头的前视图；图7是本专利技术具体实施方式中所述第二探头的俯视图；图8是本专利技术具体实施方式中所述离子源束流诊断用张角测量仪的测量数据示意图；图中：1-安装法兰，2-丝杠驱动器，3-第二探头驱动轴，4-第一探头驱动轴，5-第二探头，6-第一探头，7-第二探头驱动结构，8-真空室壁，9-离子束，10-引出缝，11-真空室，12-探头面板，13-固定连片，14-螺钉，15-屏蔽罩，16-探头绝缘子，17-小法拉第筒，18-传动齿轮，19-传动杆，20-探头驱动杆，21-变向传动齿轮，22-探头螺纹导杆，23-探头安装杆，24-航空插头，25-观察窗、26-第一步进电机、27-第二步进电机、28-第三步进电机。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。如图1所示，本专利技术提供的一种离子源束流诊断用张角测量仪(简称张角测量仪)，设置在同位素电磁分离器上，同位素电磁分离器包括设置在真空室11内、设有引出电极的离子源，离子束9从引出电极的引出缝10中射出，离子束9在Y轴方向上收拢，在X轴方向上发散，Y轴方向为离子束9的发射方向。离子束9的张角是用装在离子源的引出缝10(也称为出口缝，具体位置是在离子源的弧放电室上)前的张角测量仪测量得到的。如图1所示，本专利技术所提供的离子源束流诊断用张角测量仪包括设置在真空室11内的第一探头6、第二探头5，第一探头6、第二探头5能够探测离子束9的电流信号。其中，通过第一探头6测量得到的电流信号能够获得离子束9的束流流强，通过第二探头5测量得到的电流信号能够获得离子束9的束流的空间密度分布，通过空间密度分布能够得到离子束9的束流张角；还包括PLC模块，PLC模块能够采集、记录探头的空间位置信号和离子束的电流信号(在本实施例中使用航空插头24实现对信号的接入和测控，如图4所示，航空插头24设置在安装法兰1上)。如图1所示，第二探头5靠近引出缝10，第一探头6远离引出缝10(第二探头5在引出缝10和第一探头6之间)。在y＝110mm，或y＝150mm处，在z＝0的中心平面安装第二探头5(也就是以引出缝10为坐标系的原点，将第二探头5设置在引出缝10之前110mm或者150mm处)，沿X轴方向(即近似的垂直于离子束9的行进方向)扫描，测出离子束9沿X轴方向的电流密度分布j(x)，并由j(x)确定离子束9的张角。如图1-图3所示，第二探头5通过探头运动装置设置在真空室11内，探头运动装置能够带动第二探头5运动，第二探头5的二维运动范围包括沿X轴方向运动±115mm，沿垂直于X轴、Y轴的Z轴方向运动±100mm。第一探头6通过探头运动装置设置在真空室11内；探头运动装置能够使第一探头6翻转到偏离离子束9的位置，不影响离子源的正常出束，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子源束流诊断用张角测量仪，设置在同位素电磁分离器上，所述同位素电磁分离器包括设置在真空室(11)内、设有引出电极的离子源，所述离子源从所述引出电极的引出缝(10)中射出离子束(9)，所述离子束(9)在Y轴方向上收拢，在X轴方向上发散，所述Y轴方向为所述离子束(9)的发射方向，其特征是：所述离子源束流诊断用张角测量仪包括设置在所述真空室(11)内的第一探头(6)、第二探头(5)，通过所述第一探头(6)测量得到的电流信号能够获得所述离子束(9)的束流流强，通过所述第二探头(5)测量得到的电流信号能够获得所述离子束(9)的束流的空间密度分布，通过所述空间密度分布能够得到所述离子束(9)的束流张角；还包括能够采集、记录所述探头的空间位置信号和所述离子束(9)的电流信号的PLC模块。

【技术特征摘要】
1.一种离子源束流诊断用张角测量仪，设置在同位素电磁分离器上，所述同位素电磁分离器包括设置在真空室(11)内、设有引出电极的离子源，所述离子源从所述引出电极的引出缝(10)中射出离子束(9)，所述离子束(9)在Y轴方向上收拢，在X轴方向上发散，所述Y轴方向为所述离子束(9)的发射方向，其特征是：所述离子源束流诊断用张角测量仪包括设置在所述真空室(11)内的第一探头(6)、第二探头(5)，通过所述第一探头(6)测量得到的电流信号能够获得所述离子束(9)的束流流强，通过所述第二探头(5)测量得到的电流信号能够获得所述离子束(9)的束流的空间密度分布，通过所述空间密度分布能够得到所述离子束(9)的束流张角；还包括能够采集、记录所述探头的空间位置信号和所述离子束(9)的电流信号的PLC模块。2.如权利要求1所述的张角测量仪，其特征是：所述第二探头(5)通过探头运动装置设置在所述真空室(11)内，靠近所述引出缝(10)，所述探头运动装置能够带动所述第二探头(5)运动，所述第二探头(5)的二维运动范围包括沿所述X轴方向运动±115mm，沿垂直于所述X轴、Y轴的Z轴方向运动±100mm。3.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任秀艳，曹进文，李公亮，吴灵美，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11