一种交错电荷收集二维束流轮廓探测器及方法技术

本发明专利技术涉及一种交错电荷收集二维束流轮廓探测器及方法，其包括支架、安装孔、穿线孔、二维阳极板、铜支撑柱、二次电子抑制丝网板和接地丝网板；所述支架中部设置有若干所述安装孔，所述支架两侧设置有若干所述穿线孔，所述二维阳极板通过若干所述安装孔固定设置在所述支架上；在所述二维阳极板上由靠近所述二维阳极板一侧起依次设置有所述二次电子抑制丝网板、接地丝网板，所述二次电子抑制丝网板和接地丝网板通过铜支撑柱和螺母与所述二维阳极板固定连接。本发明专利技术能有效的防止由于二次电子逃逸导致的测量结果偏大，能在带电粒子束的束流轮廓测量中广泛应用。

A Two-Dimensional Beam Profile Detector with Interleaved Charge Collection and Its Method

【技术实现步骤摘要】
一种交错电荷收集二维束流轮廓探测器及方法
本专利技术涉及一种带电粒子束二维束流轮廓诊断装置及方法，特别是关于一种在带电粒子束的束流轮廓测量中应用的交错电荷收集二维束流轮廓探测器及方法。
技术介绍
束流轮廓包含带电粒子束流的流强分布、重心位置、束斑大小等信息，是带电粒子加速器传输、优化，以及粒子与物质相互作用实验，特别是粒子束辐照实验中最重要的束流参数之一。通常的束流轮廓探测器有荧光靶或荧光屏探测器、法拉第筒阵列探测器、单丝/多丝扫描探测器和MCP探测器等。其中：荧光靶或荧光屏探测器用CCD相机探测束流碰撞荧光靶或荧光屏诱发的荧光得到束流轮廓信息，但是荧光靶或荧光屏探测器：无法测量弱束流；不能给出流强信息；易受杂散离子、电子、光子影响(尤其是采用Wienfilter，而不是采用二极铁对粒子束进行分析的时候)。法拉第筒阵列探测器通过皮安计直接测量多个不同位置处的束流流强得到束流轮廓信息。但是法拉第筒阵列探测器受结构限制，空间周期一般是几个毫米；电子学系统一般采用多路选择电路和单通道皮安计相配合的方式实现多通道的信号读出。多路选择电路会引入额外的噪声，受较大的输入电容的影响，每各通道信号都随测量时间呈现指数衰减的趋势，稳定时间一般在几十秒，大大增加了得到束流轮廓所需的测量时间。其空间分辨差。单丝/多丝扫描探测器通过旋转、扫描探测丝，直接测量不同位置丝上的电流值，或用光子探测器探测带电粒子与丝相互作用发出的光子，得到束流轮廓信息。但是，单丝/多丝扫描探测器：丝太细，容易断；旋转扫描装置复杂；需要多次测量，总测量时间较长。MCP探测器可直接探测微弱束流的束流轮廓。但是MCP探测器易损坏，只能探测极弱的束流(pA级及以下)。强流入射情况下极易损坏。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种交错电荷收集二维束流轮廓探测器及方法，该装置可以同时直接测量得到束流在水平方向(X方向)和竖直方向(Y方向)上的一维投影(即一维电流分布)，并可通过算法计算得到束流的二维分布(即二维束流轮廓)，能有效的防止由于二次电子逃逸导致的测量结果偏大。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种交错电荷收集二维束流轮廓探测器，其包括支架、安装孔、穿线孔、二维阳极板、铜支撑柱、二次电子抑制丝网板和接地丝网板；所述支架中部设置有若干所述安装孔，所述支架两侧设置有若干所述穿线孔，所述二维阳极板通过若干所述安装孔固定设置在所述支架上；在所述二维阳极板上由靠近所述二维阳极板一侧起依次设置有所述二次电子抑制丝网板、接地丝网板，所述二次电子抑制丝网板和接地丝网板通过铜支撑柱和螺母与所述二维阳极板固定连接。进一步，所述二维阳极板包括绝缘基板、电荷收集电极和信号引出导线；所述绝缘基板中部设置有所述电荷收集电极，所述信号引出导线位于所述绝缘基板的背面；所述信号引出导线一端与所述电荷收集电极连接，另一端通过若干所述穿线孔穿过所述支架与多路皮安计连接；所述电荷收集电极的分布区域为所述二维阳极板的灵敏区域，所述电荷收集电极由X方向电荷收集电极阵列和Y方向电荷收集电极阵列构成，所述X方向电荷收集电极阵列和Y方向电荷收集电极阵列分别由所述信号引出导线独立引出，所述X方向电荷收集电极阵列用于给出入射束流的X方向轮廓，所述Y方向电荷收集电极阵列用于给出入射束流的Y方向轮廓。进一步，所述X方向电荷收集电极阵列中的X方向电荷收集电极包括若干X方向电荷收集像素块，所述若干X方向电荷收集像素块经X方向像素块连接导线串联在一起；所述Y方向电荷收集电极阵列中的Y方向电荷收集电极包括若干Y方向电荷收集像素块，所述若干Y方向电荷收集像素块经Y方向像素块连接导线串联在一起，所述Y方向像素块连接导线印制在所述绝缘基板背面。进一步，所述绝缘基板的四个顶角处分别设置有二次电子抑制丝网板固定孔和接地丝网板固定孔；与所述接地丝网板固定孔相比，所述二次电子抑制丝网板固定孔靠近所述电荷收集电极，所述二次电子抑制丝网板固定孔用于安装所述二次电子抑制丝网板，所述接地丝网板固定孔用于安装所述接地丝网板。进一步，所述二次电子抑制丝网板包括第一丝网固定框、第一金属丝绕线槽阵列和第一金属丝网；所述第一丝网固定框中间镂空，镂空区域大于所述电荷收集电极的分布区域；在所述第一丝网固定框上沿水平和竖直方向均设置有所述第一金属丝绕线槽阵列，在所述镂空区域金属丝分别沿水平和竖直方向通过所述第一金属丝绕线槽阵列绕制形成所述第一金属丝网。进一步，位于所述第一丝网固定框的四个顶角处均设置有第一固定孔，通过所述第一固定孔将所述第一丝网固定框与所述二维阳极板固定。进一步，所述接地丝网板包括第二丝网固定框、第二金属丝绕线槽阵列、第二金属丝网和第二固定孔；所述第二丝网固定框中间镂空，镂空区域与所述二次电子抑制丝网板上所述第一丝网固定框的镂空区域大小相同；在所述第二丝网固定框上沿水平和竖直方向均设置有所述第二金属丝绕线槽阵列，在所述镂空区域金属丝分别沿水平和竖直方向通过所述第二金属丝绕线槽阵列绕制形成所述第二金属丝网。进一步，位于所述第二丝网固定框的四个顶角处均设置有第二固定孔，通过所述第二固定孔将所述第二丝网固定框与所述二次电子抑制丝网板和二维阳极板固定。一种基于上述探测器的交错电荷收集二维束流轮廓探测方法，其包括以下步骤：1)将二次电子抑制丝网板连接至负高压，用于抑制入射束流轰击阳极电极发射出的二次电子；2)接地丝网板整体接地，用于限制二次电子抑制丝网板的电场；3)由入射束流轰击二维阳极板的某一区域，沉积到电荷收集电极上的电荷被直接导出；沉积到绝缘基板上的电荷会在电荷沉积位置和临近电荷收集电极之间产生电场，该电场会将后续入射的带电粒子偏转至临近电荷收集电极上，沉积携带的电荷并被导出；沉积在绝缘基板上的电荷会通过绝缘基板的弱导电性将电荷泄放到临近的电荷收集电极上；4)经信号引出导线从二维阳极板的不同电荷收集电极上导出的电荷被多路皮安计探测，同时给出入射束流X方向和Y方向的电流分布，进而得到入射束流的总流强和二维轮廓。进一步，所述步骤4)中，入射束流的总流强和二维轮廓的获得方法为：假设和分别表示X方向第i道和Y方向第j道测得的电流值，Fx(t)和Fy(t)分别表示任意t时刻测量的入射束流X方向和Y方向的电流分布，则电流分布为：在任意时刻t时，由电流分布得到入射束流的总流强Itoal(t)和二维轮廓Fxy(t)：本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术使用于所有低能量(几百keV)、弱流强(0.1pA～几百nA)的带电粒子束(特别适用于EBIS引出的低能、弱离子束)，采用交叉像素块的方法设计了二维阳极板，结合高精度皮安计系统可以直接测量入射束流的X、Y两个方向一维电流分布和总入射流强，并计算得到二维束流轮廓。2、本专利技术引入二次电子丝网板和接地丝网板，能有效的抑制入射束流轰击阳极电极发射出的二次电子逃逸。二次电子在二次电子丝网板电场的作用下被偏转回阳极，能有效的防止由于二次电子逃逸导致的测量结果偏大。本专利技术在低能、弱束流(如EBIS平台引出的束流)的探测方面具有突出的优势，能在带电粒子束的束流轮廓测量中广泛应用。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的二维阳极板结构示意图；图3是图2中A处局部放大示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交错电荷收集二维束流轮廓探测器，其特征在于：该探测器包括支架、安装孔、穿线孔、二维阳极板、铜支撑柱、二次电子抑制丝网板和接地丝网板；所述支架中部设置有若干所述安装孔，所述支架两侧设置有若干所述穿线孔，所述二维阳极板通过若干所述安装孔固定设置在所述支架上；在所述二维阳极板上由靠近所述二维阳极板一侧起依次设置有所述二次电子抑制丝网板、接地丝网板，所述二次电子抑制丝网板和接地丝网板通过铜支撑柱和螺母与所述二维阳极板固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种交错电荷收集二维束流轮廓探测器，其特征在于：该探测器包括支架、安装孔、穿线孔、二维阳极板、铜支撑柱、二次电子抑制丝网板和接地丝网板；所述支架中部设置有若干所述安装孔，所述支架两侧设置有若干所述穿线孔，所述二维阳极板通过若干所述安装孔固定设置在所述支架上；在所述二维阳极板上由靠近所述二维阳极板一侧起依次设置有所述二次电子抑制丝网板、接地丝网板，所述二次电子抑制丝网板和接地丝网板通过铜支撑柱和螺母与所述二维阳极板固定连接。2.如权利要求1所述探测器，其特征在于：所述二维阳极板包括绝缘基板、电荷收集电极和信号引出导线；所述绝缘基板中部设置有所述电荷收集电极，所述信号引出导线位于所述绝缘基板的背面；所述信号引出导线一端与所述电荷收集电极连接，另一端通过若干所述穿线孔穿过所述支架与多路皮安计连接；所述电荷收集电极的分布区域为所述二维阳极板的灵敏区域，所述电荷收集电极由X方向电荷收集电极阵列和Y方向电荷收集电极阵列构成，所述X方向电荷收集电极阵列和Y方向电荷收集电极阵列分别由所述信号引出导线独立引出，所述X方向电荷收集电极阵列用于给出入射束流的X方向轮廓，所述Y方向电荷收集电极阵列用于给出入射束流的Y方向轮廓。3.如权利要求2所述探测器，其特征在于：所述X方向电荷收集电极阵列中的X方向电荷收集电极包括若干X方向电荷收集像素块，所述若干X方向电荷收集像素块经X方向像素块连接导线串联在一起；所述Y方向电荷收集电极阵列中的Y方向电荷收集电极包括若干Y方向电荷收集像素块，所述若干Y方向电荷收集像素块经Y方向像素块连接导线串联在一起，所述Y方向像素块连接导线印制在所述绝缘基板背面。4.如权利要求2所述探测器，其特征在于：所述绝缘基板的四个顶角处分别设置有二次电子抑制丝网板固定孔和接地丝网板固定孔；与所述接地丝网板固定孔相比，所述二次电子抑制丝网板固定孔靠近所述电荷收集电极，所述二次电子抑制丝网板固定孔用于安装所述二次电子抑制丝网板，所述接地丝网板固定孔用于安装所述接地丝网板。5.如权利要求1至4任一项所述探测器，其特征在于：所述二次电子抑制丝网板包括第一丝网固定框、第一金属丝绕线槽阵列和第一金属丝网；所述第一丝网固定框中间镂空，镂空区域大于所述电荷收集电极的分布区域；在所述第一丝网固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊亮，于得洋，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62