基于能量粒子穿透特性测量离子束粒子成分的能量分析器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于能量离子穿透特性测量粒子束粒子成分的能量分析器，它包括三个金属膜片，每个金属膜片后均设置一个探测器，高能量离子束I

An energy analyzer for measuring ion beam particle composition based on energy particle penetration

【技术实现步骤摘要】
基于能量粒子穿透特性测量离子束粒子成分的能量分析器
本专利技术属于一种能量分析器，具体涉及一种基于能量离子穿透特性测量离子束粒子成分的能量分析器。
技术介绍
在工业和物理实验中，对各种离子源引出离束中具有不同能量的粒子成分的测量，主要利用不同能量的带电离子在均匀电场和磁场中偏转轨道半径不同的原理在静电分析器和磁分析器中进行测量，或者运用不同能量的引出粒子的特征光谱(Ha)的多普勒效应(DopplerEffect)进行测量。静电分析器和磁分析器具有复杂、精密的空间结构，并且对放置在真空室中的电路和电磁铁的线圈系统的放气率要求很高，探测器更换不方便，且需要复杂的标定，造价很高。利用引出束中粒子的特征光谱的多普勒效应进行测量的光谱仪造价更高，且需要精心护理。而本专利技术则利用不同能量的离子在金属膜片中穿透效率的不同而进行测量，部件少结构简单，金属膜片易于制备，更换方便，与上述电磁测量及光谱测量相比成本较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于能量离子穿透特性测量粒子束粒子成分的能量分析器。本专利技术的技术方案如下：基于能量离子穿透特性测量粒子束粒子成分的能量分析器，它包括第一金属膜片、第二金属膜片和第三金属膜片，第一金属膜片、第二金属膜片和第三金属膜片后均设置一个探测器，高能量离子束I1分别入射至第一金属膜片、第二金属膜片和第三金属膜片，经过第一金属膜片、第二金属膜片和第三金属膜片后分别输出透过第一金属膜片的离子束，透过第二金属膜片的离子束和透过第三金属膜片的离子束，透过第一金属膜片的离子束，透过第二金属膜片的离子束和透过第三金属膜片的离子束分别输入至探测器并分别输出接收到透过金属膜片的电流II，探测器接收到透过金属膜片的电流III，探测器接收到透过金属膜片的电流IIII。所述的第一金属膜片的厚度为La。所述的第二金属膜片的厚度为Lb。所述的第三金属膜片的厚度为Lc。所述的探测器为法拉第筒。所述的探测器为电子倍增管。所述的探测器为微通道板。本专利技术的有益效果在于：可以根据粒子在不同种类和不同厚度的金属膜中穿透特性的不同而灵活地选用金属薄膜进行粒子成分探测。附图说明图1为本专利技术所提供的基于能量离子穿透特性测量粒子束粒子成分的能量分析器示意图。图中，1高能量离子束I，2第一金属膜片(厚度La)，3第二金属膜片(厚度Lb)，4第三金属膜片(厚度Lc)，5透过第一金属膜片的离子束，6透过第二金属膜片的离子束，7透过第三金属膜片的离子束，8探测器，9探测器接收到透过第一金属膜片的电流II，10探测器接收到透过第二金属膜片的电流III，11探测器接收到透过第三金属膜片的电流IIII。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术利用高能量离子对金属膜片的穿透效率特性而设计。以H离子源产生的带有一个电子电量的能量为E，E/2和E/3等的H+(E)，H+(E/2)和H+(E/3)三种带电离子束穿过钨(W)金属膜片为例，其穿透效率的函数(fij)与离子能量Ei及钨金属膜片的厚度Lj有关，具体函数可以写成：fij＝f(Ei,Lj)其中，i＝1,2,3。下标1，2和3分别代表了离子能量为E，E/2和E/3；j＝a,b,c。下标a，b和c分别代表厚度为La，Lb和Lc的金属膜。假设离子源引出束中含有的H+(E)，H+(E/2)和H+(E/3)离子束流分别为I1，I2和I3，即，离子源总引出束流为：I＝I1+I2+I3，而引出束分别打在厚度为La，Lb和Lc的W金属膜片2、3和4上，在三个金属片后方的探测器接收到的透射出来的离子流分别为II，III和IIII。该过程的表达式可以表示为：通过上述表达式，可以得出探测通过三个膜片后的三个探测器分别得到的电流为：其中，穿过第一片厚度为La的W膜的透出束流强度为：II＝f1aI1+f2aI2+f3aI3，即，总引出离子束I中流强分别为I1，I2和I3的H+(E)，H+(E/2)和H+(E/3)离子穿过厚度La的W金属膜后的流强分别为f1aI1，f2aI2和f3aI3；同理，III和IIII则为流强为I1，I2和I3的H+(E)，H+(E/2)和H+(E/3)离子束穿过厚度为Lb和Lc的W金属膜后的透出流强III和IIII。通过解上述三元一次方程，即可得到离子源引出束I中I1、I2和I3的含量，即，H+(E)，H+(E/2)和H+(E/3)离子在引出束中的含量。本专利技术主要用于分析从离子源引出的高能量离子束的束成分。以氢离子源为例，在离子源放电过程中会产生三种带电离子，这些离子经过加速器之后其单原子离子将具有全能(E)、半能(E/2)和三分之一能量(E/3)，可以表示为：H+(E)，H+(E/2)和H+(E/3)。能量E的表达式为：E＝eU，其中，e为电子电量，U为加速器电压。工业使用的刻蚀离子源、切割离子束、托卡马克实装置上作为加热和诊断使用的中性束和诊断束，以及高能粒子物理实验使用的加速器等装置的引出离子束的束成分是离子源性能的重要参考指标。如图1所示，基于能量离子穿透特性测量粒子束粒子成分的能量分析器包括厚度为La的第一金属膜片2、厚度为Lb的第二金属膜片3和厚度为Lc的第三金属膜片4，第一金属膜片2、第二金属膜片3和第三金属膜片4后均设置一个探测器8(具体可以选择法拉第筒，电子倍增管，以及微通道板等)，高能量离子束I1分别入射至第一金属膜片2、第二金属膜片3和第三金属膜片4，经过厚度为La的第一金属膜片2、厚度为Lb的第二金属膜片3和厚度为Lc的第三金属膜片4后分别输出透过第一金属膜片的离子束5，透过第二金属膜片的离子束6和透过第三金属膜片的离子束7，透过第一金属膜片的离子束5，透过第二金属膜片的离子束6和透过第三金属膜片的离子束7分别输入至探测器8并分别输出接收到透过金属膜片1的电流II，探测器接收到透过金属膜片2的电流III，探测器接收到透过金属膜片3的电流IIII。完善一下具体的操作过程。1.将金属膜片2，3和4放置于150℃的高温真空炉中烘烤24小时，除去其中的水分；2.将金属膜片2，3和4固定放置在与离子束方向垂直的平面上；3.在金属膜片2，3和4后方放置离子探测器8；4.启动离子源使离子束打到第一金属膜片2，第二金属膜片3和第三金属膜片4上；5.纪录探测器8的度数II，III和IIII；6.根据离子束对第一金属膜片2，第二金属膜片3和第三金属膜片4的穿透率fij和电流探测电流II，III和IIII,即可得到引出束中的电流成分H+(E)，H+(E/2)和H+(E/3)的电流I1，I2和I3。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于能量粒子穿透特性测量离子束粒子成分的能量分析器，其特征在于：它包括第一金属膜片(2)、第二金属膜片(3)和第三金属膜片(4)，第一金属膜片(2)、第二金属膜片(3)和第三金属膜片(4)后均设置一个探测器(8)，高能量离子束I

【技术特征摘要】
1.基于能量粒子穿透特性测量离子束粒子成分的能量分析器，其特征在于：它包括第一金属膜片(2)、第二金属膜片(3)和第三金属膜片(4)，第一金属膜片(2)、第二金属膜片(3)和第三金属膜片(4)后均设置一个探测器(8)，高能量离子束I1分别入射至第一金属膜片(2)、第二金属膜片(3)和第三金属膜片(4)，经过第一金属膜片(2)、第二金属膜片(3)和第三金属膜片(4)后分别输出透过第一金属膜片的离子束(5)，透过第二金属膜片的离子束(6)和透过第三金属膜片的离子束(7)，透过第一金属膜片的离子束(5)，透过第二金属膜片的离子束(6)和透过第三金属膜片的离子束(7)分别输入至探测器(8)并分别输出接收到透过第一金属膜片(2)的电流II，探测器接收到透过第二金属膜片(3)的电流III，探测器接收到透过第三金属膜片(4)的电流IIII。


2.如权利要求1所述的基于能量粒子穿透特...

【专利技术属性】
技术研发人员：于利明，魏会领，曹建勇，陈伟，李永高，石中兵，李伟，马瑞，李连才，卢杰，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：新型
国别省市：四川;51