一种束流能量分析仪制造技术

本发明专利技术公开一种束流能量分析仪，包括：刮束器、聚焦电极、减速栅网、收集极以及快速束流变压器FCT。刮束器用于电子束刮束，使得少部分电子束通过刮束器，进入能量分析仪内部；减速栅网用于提供减速电场，以对进入能量分析仪内的电子进行减速，能量大于减速电压的电子能够穿过减速栅网而被收集极收集；快速束流变压器FCT用于实时测量收集极收集到的电子流强。分析收集极收集到的电子流强与减速栅网电压的关系能够得到进入能量分析仪的电子的能谱，完整扫描束流横截面，可以得到束流的能谱。聚焦电极用于调节减速电场，提高能量分析仪测量精度。本发明专利技术大幅提高了低能强流电子束的能谱测量分辨率，最高相对分辨率可达0.2％。

【技术实现步骤摘要】
一种束流能量分析仪
本专利技术涉及电子加速器束流能量
，更具体地，涉及一种束流能量分析仪。
技术介绍
传统的用于电子束束流能量测量的装置如图1所示。该装置的基本原理基于洛伦兹力，是最常见的高能弱流束的能谱参数测量装置。束流通过一个由二极铁产生的均匀磁场，受洛伦兹力偏转后打在荧光靶上。能量大的粒子偏转角度小，而能量小的粒子偏转角度大，因此能量不同的粒子打在荧光靶上的位置不同。这种方法使用CCD相机对荧光靶上束流产生的束斑进行采集，之后对束斑的位置以及尺寸进行处理分析，最终得到束流的能谱分布。通过对测量系统的高精度设计以及测量结果的精确处理，这种测量方法对于MeV量级及以上的束流的能谱测量可以达到较高的相对分辨率，相对分辨率可达0.1％。而对于0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束，由于低能束流的磁刚度非常小，二极铁产生的磁场必须足够微弱，受边缘磁场的影响以及地磁场等因素的干扰，高精度的弱磁场要求给二极铁的设计制造以及标定带来非常大的困难。并且，低能束流打在后端荧光靶上时，其产生的束斑亮度非常低，会给CCD相机的测量带来非常高的要求。最重要的是，低能强流电子束的束流内部有着非常强烈的空间电荷作用力，使用这种方法对导流系数大于1μP的电子束流进行能谱测量时，强烈的空间电荷作用力会带来非常大的能量偏移和附加能散，造成测量结果不准确。因此，该方法不能用于0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束的能谱参数测量。另外一种较适用于低能弱流束流的能量测量方法，其基本原理基于反向电场。束流先经反向电场减速，能量大于减速电压的粒子穿过反向电场，能量小于减速电压的粒子无法穿过反向电场。之后，穿过反向电场的粒子被法拉第筒收集。调节减速高压，即间接调节减速电场强度，法拉第筒上收集到的束流的流强会随之变化。分析法拉第筒上收集到的束流的流强的变化，结合减速电压，可以获得束流的能量分布。但是这种方法较适用于低能弱流束流的能量测量，对于0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束，现有的此类束流能量测量方法同样会由于空间电荷作用力的影响，而给测量结果带来非常大的能量偏移和附加能散，造成测量结果不准确。因此该方法也不能满足低能强流电子束的能谱的高精度测量。因此，需要一种低能强流电子束能量参数测量的束流能量分析仪，满足0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束束流能谱的高精度测量。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有电子束束流能量测量的装置对导流系数大于1μP的电子束流进行能谱测量时，强烈的空间电荷作用力会带来非常大的能量偏移和附加能散，造成测量结果不准确，以及不能满足低能强流电子束的能谱的高精度测量的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种束流能量分析仪，包括：刮束器、聚焦电极、减速栅网、收集极以及快速束流变压器(FastCurrentTransformer，FCT)；所述刮束器用于对待分析能谱的电子束进行刮束，使得部分电子束入射通过所述刮束器；所述聚焦电极用于提供减速电场，以对入射通过所述刮束器的部分电子束减速；所述减速栅网用于使得能量大于减速栅网电压的粒子穿过减速栅网；所述收集极用于收集穿过所述减速栅网的电子束；所述快速束流变压器FCT用于实时测量收集极收集到的电子束粒子流强，所述收集极收集到的电子束粒子流强与所述减速电场强度的关系用于分析所述电子束的能谱。需要说明的是，所述能量分析仪先对束流进行刮束，后减速，再收集。另外，减速栅网电压也可简称为减速电压。可选地，该束流能量分析仪还包括：真空腔体、反向高压电源以及聚焦电源；所述待分析能谱的电子束、刮束器、聚焦电极、减速栅网以及收集极均处于所述真空腔体，所述真空腔体用于提供超高真空环境；所述反向高压电源用于为聚焦电极提供电源，以在刮束器与减速栅网间形成减速电场；所述聚焦电源用于在减速电场区形成附加电场，所述附加电场叠加在减速电场上，可对减速电场进行调节，使得减速电场更加均匀。可选地，所述超高真空环境的真空度为1E-6Pa～1E-7Pa。可选地，该束流能量分析仪还包括：位于所述减速栅网两端的减速栅网引出电极和反向电极；所述反向高压电源输出的电压通过高压电极法兰馈入所述真空腔体，经过可插拔结构连接至所述减速栅网引出电极和反向电极，以为所述减速栅网提供电源。可选地，该束流能量分析仪还包括：位于所述减速栅网两端的聚焦电极引出电极和聚焦电极；所述聚焦电源的输出的聚焦电压通过高压电极法兰馈入真空腔体，经过可插拔结构连接至聚焦电极引出电极和聚焦电极，以在减速电场区形成附加电场，叠加在原减速电场上，调节减速电场的均匀度。可选地，所述刮束器包括端盖I和刮束头；所述束流能量分析仪还包括：端盖II、绝缘支撑I、绝缘支撑II、绝缘支撑III、和绝缘支撑IV以及屏蔽筒；所述刮束头通过氩弧焊焊接在端盖I上；所述端盖II位于收集极的一侧，所述减速栅网位于收集极的另一侧；所述屏蔽筒位于与聚焦电极平行的两侧，所述屏蔽筒、端盖I以及端盖II包围形成所述真空腔体的外壁，所述屏蔽筒与端盖I以及端盖II之间通过螺钉连接；所述绝缘支撑I和绝缘支撑II位于所述聚焦电极平行的两端，用于固定所述聚焦电极，所述绝缘支撑III和绝缘支撑IV用于固定所述收集极，所述绝缘支撑I、绝缘支撑II、绝缘支撑III以及绝缘支撑IV通过屏蔽筒、端盖I以及端盖II进行压合固定。可选地，所述收集极包括收集极引出电极，用于将所述收集极收集的电子束信息传输给所述快速束流变压器FCT；所述减速栅网焊接在反向电极上，反向电极401由绝缘支撑II和绝缘支撑III压合固定，所述聚焦电极引出电极通过螺纹与聚焦电极连接固定，减速栅网引出电极通过螺纹与反向电极连接固定，收集极引出电极通过螺纹与收集极连接固定。可选地，端盖II上有六个均布的螺钉孔，用于所述束流能量分析仪与外转接架之间的连接固定。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提供的束流能量分析仪适用于0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束束流能谱的测量，也可用于0.5keV～20keV、导流系数小于1μP的低能电子束以及其他合适的低能离子束的束流能谱测量，是一种多用途高精度束流能量分析仪。相对于传统的测量方法及装置，本专利技术大幅提高了束流能谱测量的分辨率，最高相对分辨率可达0.2％。本专利技术提供的束流能量分析仪有利于电子枪等微波真空器件的性能的准确评估，对相关微波真空器件的发展具有一定的推动作用。附图说明图1是现有基于洛伦兹力的用于束流能谱测量的束流测量系统的原理示意图；图2是本专利技术实施例提供的束流能量分析仪的原理示意图；图3是本专利技术实施例提供的束流能量分析仪的剖面图；图4是本专利技术实施例提供的束流能量分析仪的三维视图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100为电子束流，200为刮束器，300为聚焦电极，400为减速栅网，500为收集极，600为真空腔体，700为反向高压电源，800为聚焦电源，900为快速束流变压器FCT，201为刮束头，202为端盖I，301为聚焦电极引出电极，401为反向电极，402为减速栅网引出电极，50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种束流能量分析仪，其特征在于，包括：刮束器、聚焦电极、减速栅网、收集极以及快速束流变压器FCT；所述刮束器用于对待分析能谱的电子束进行刮束，使得部分电子束入射通过所述刮束器；所述减速栅网用于提供减速电场，以对入射通过所述刮束器的部分电子束减速；所述减速栅网用于使得能量大于减速栅网电压的粒子穿过减速栅网；所述收集极用于收集穿过所述减速栅网的电子束；所述快速束流变压器FCT用于实时测量收集极收集到的电子束粒子流强，所述收集极收集到的电子束粒子流强与所述减速电压的关系用于分析所述电子束的能谱。

【技术特征摘要】
1.一种束流能量分析仪，其特征在于，包括：刮束器、聚焦电极、减速栅网、收集极以及快速束流变压器FCT；所述刮束器用于对待分析能谱的电子束进行刮束，使得部分电子束入射通过所述刮束器；所述减速栅网用于提供减速电场，以对入射通过所述刮束器的部分电子束减速；所述减速栅网用于使得能量大于减速栅网电压的粒子穿过减速栅网；所述收集极用于收集穿过所述减速栅网的电子束；所述快速束流变压器FCT用于实时测量收集极收集到的电子束粒子流强，所述收集极收集到的电子束粒子流强与所述减速电压的关系用于分析所述电子束的能谱。2.根据权利要求1所述的束流能量分析仪，其特征在于，还包括：真空腔体、反向高压电源以及聚焦电源；所述待分析能谱的电子束、刮束器、聚焦电极、减速栅网以及收集极均处于所述真空腔体，所述真空腔体用于提供超高真空环境；所述反向高压电源用于为聚焦电极提供电源，以在刮束器与减速栅网间形成减速电场；所述聚焦电源用于在减速电场区形成附加电场，所述附加电场叠加在减速电场上，可对减速电场进行调节，使得减速电场更加均匀。3.根据权利要求2所述的束流能量分析仪，其特征在于，所述能量分析仪整体置于超高真空中；所述超高真空环境的真空度为1E-6Pa～1E-7Pa。4.根据权利要求2所述的束流能量分析仪，其特征在于，还包括：连接所述减速栅网的减速栅网引出电极和反向电极；所述反向高压电源输出的电压通过高压电极法兰馈入所述真空腔体，经过可插拔结构连接至所述减速栅网引出电极和反向电极，以为所述减速栅网提供减速电压。5.根据权利要求2所述的束流能量分析仪，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张权，刘开锋，胡桐宁，涂修德，樊宽军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42