一种夹层式离子束能谱分析器制造技术

本发明专利技术公开了一种夹层式离子束能谱分析器，包括若干个绝缘体和金属膜片，所述绝缘体与金属膜片的形状与大小相同且平行设置，所述绝缘体与金属膜片交替紧邻排布形成夹层式结构，且夹层式结构最外两侧为绝缘体膜片；所述夹层式结构的绝缘体膜片侧设有入射端；每个金属膜片均连接有电流探测器；所述夹层式离子束能谱分析器的入射端射入从等离子体损失的各能量段带电粒子，该粒子经过某个金属膜片时，能量小于阈值的粒子将滞留在金属膜片中，通过金属膜片与地之间组成的电路输出电流，并输入其对应的电流探测器，各个电流探测器测量其对应的电流值。本发明专利技术结构简单，绝缘体和金属膜片易于制备，更换方便，与现有技术的电磁及光谱测量相比成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种夹层式离子束能谱分析器
本专利技术涉及离子束能谱分析器
，具体涉及一种夹层式离子束能谱分析器。
技术介绍
在工业和物理实验中，对离子源引出束中的离子能谱，放射源产生的带电粒子能谱，以及磁约束聚变等离子体中离子能谱的测量，主要利用不同能量的带电粒子在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。H或者D粒子还可以运用不同能量的引出粒子的特征光谱(Ha或者Da)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线圈等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。对于高能量的带电粒子，静电分析器不适于进行分析，而磁分析器需要大面积的强偏转磁场，制造工艺复杂且成本很高。利用引出束中H或者D粒子的特征光谱的多普勒效应进行测量的光谱仪造价昂贵，且需要精心护理。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有关于高能量离子束的电磁测量及光谱测量器具有复杂、精密的空间结构，需要复杂的标定，制造工艺复杂且成本高的问题。本专利技术目的在于提供一种夹层式离子束能谱分析器，利用不同能量的带电粒子在交替排布的绝缘体膜片和金属膜片中的沉积而对粒子的能谱进行测量的部件，该部件结构简单，绝缘体膜片和金属膜片易于制备，更换方便，与现有技术的电磁测量及光谱测量相比成本较低。本专利技术通过下述技术方案实现：一种夹层式离子束能谱分析器，所述夹层式离子束能谱分析器包括若干个绝缘体膜片和金属膜片，所述绝缘体膜片与金属膜片的形状与大小尺寸相同且平行设置，所述绝缘体膜片与金属膜片交替紧邻排布形成夹层式结构，且所述夹层式结构的最外两侧为绝缘体膜片；所述夹层式结构的绝缘体膜片侧设有入射端；每个所述金属膜片均连接有电流探测器；所述电流探测器接地；所述夹层式离子束能谱分析器的入射端射入从等离子体损失后的各能量段带电粒子，所述各种带电粒子依次穿过所述绝缘体膜片与金属膜片，在经过第i个金属膜片时，能量小于Ei的带电粒子将滞留在该金属膜片中，通过金属膜片与地之间组成的电路输出电流Ii，各个电流探测器测量其对应的电流值，通过电流与带电粒子所携带的电荷(q)的关系式Ii∝niq即可得到能量段为Ei的离子密度(ni)，对计算出的每一个能量段的离子密度的排布进行拟合，得到高能量粒子的分布函数f(E)。工作原理是：基于现有关于高能量离子束的电磁测量及光谱测量器具有复杂、精密的空间结构，需要复杂的标定，制造工艺复杂且成本高的问题。本专利技术采用上述方案通过利用高能量带电粒子对特定厚度的绝缘体膜片(如，云母、二氧化硅和Mylar等)和金属膜片(如，金、钨和铝等高原子序数金属)的穿透效率特性而设计的。将绝缘体膜片和金属膜片交替排布，形成夹层式结构，从等离子体损失后入射到夹层式离子束能谱分析器上的离子，其带电粒子的分布函数为f(E)；带电粒子通过该夹层式离子束能谱分析器中的第i片(i＝1，2...)金属膜片上时某能量段(Ei)的粒子将沉积在金属膜片层中，而通过与该金属膜片连接的电流探测器可以测得其电流(Ii)，通过电流与带电粒子所携带的电荷(q)的关系式Ii∝niq即可得到能量段为Ei的离子密度(ni)。其中，f(E)为离子分布函数，Ei为在沉积在第i片金属膜片上的测量粒子的能量范围，Ii为沉积在第i片金属膜片上的离子而产生的电流，q为单个带电粒子所带的电荷数，ni为能量为Ei能量段粒子的密度。对电流强度与粒子密度的关系式Ii∝niq可以得出ni＝Ii/q。通过对计算出的每一个能量段的粒子密度的排布进行拟合，可以得到高能量粒子的分布函数f(E)。金属膜片两边的绝缘体膜片的作用是为了防止粒子轰击金属膜片上后产生溅射对分析器造成损伤和发射电子造成测量偏差。本专利技术利用不同能量的带电粒子在交替排布的绝缘体膜片和金属膜片中的沉积而对粒子的能谱进行测量的部件，该部件结构简单，绝缘体膜片和金属膜片易于制备，更换方便，与现有技术的电磁测量及光谱测量相比成本较低。作为进一步地优选方案，所述夹层式离子束能谱分析器包括若干个绝缘体膜片和金属膜片，比如可以采用4个绝缘体膜片与3个金属膜片，从左至右依次记作第一绝缘体膜片、第一金属膜片、第二绝缘体膜片、第二金属膜片、第三绝缘体膜片、第三金属膜片、第四绝缘体膜片，第一金属膜片连接第一电流探测器，第二金属膜片连接第二电流探测器，第三金属膜片连接第三电流探测器。还比如，还可以采用5个绝缘体膜片与4个金属膜片等等，只要满足绝缘体膜片和金属膜片交替排布，且绝缘体和金属膜片的数量可以覆盖离子束的能量范围即可。作为进一步地优选方案，所述夹层式离子束能谱分析器的入射端射入等离子体损失后的各能量段带电粒子，所述各能量段带电粒子的注入方向应与所述金属膜板垂直。作为进一步地优选方案，所述绝缘体膜片采用云母绝缘体膜片或者二氧化硅绝缘体膜片或者Mylar绝缘体膜片。作为进一步地优选方案，所述金属膜片采用高原子序数金属膜片，所述高原子序数金属膜片采用金膜片或者钨膜片或者铝膜片等均可实现，但是由于金膜片或者钨膜片价格昂贵，更易采用铝膜片。作为进一步地优选方案，所述绝缘体膜片与金属膜片的形状可以采用多种形状，比如：(1)所述绝缘体膜片与金属膜片的形状均为方体形时，所述高原子序数金属膜片采用铝膜片，所述绝缘体膜片采用Mylar绝缘体膜片；所述绝缘体膜片的厚度为20nm；所述金属膜片的厚度为50nm，金属膜片的边长为1cm。(2)所述绝缘体膜片与金属膜片的形状均亦可为圆形。作为进一步地优选方案，所述带电粒子包括等离子体中的离子或者离子源引出束的带电离子或者其它带电粒子。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术利用不同能量的带电粒子在交替排布的绝缘体膜片和金属膜片中的沉积而对粒子的能谱进行测量的部件，该部件结构简单，绝缘体膜片和金属膜片易于制备，更换方便，与现有技术的电磁测量及光谱测量相比成本较低。2、本专利技术中的金属膜片两边的绝缘体膜片的作用是为了对相邻的金属膜片进行隔离，防止粒子轰击金属膜片上后产生溅射对分析器造成损伤和发射电子造成测量偏差。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术一种夹层式离子束能谱分析器立体结构示意图。图2为本专利技术一种夹层式离子束能谱分析器主视结构示意图。图3为本专利技术高能量粒子的分布函数f(E)示意图。图4为本专利技术专利技术D+粒子在Al金属膜片中的穿透深度与其能量的对应关系图。附图中标记及对应的零部件名称：1-第一金属膜片，2-第二金属膜片，3-第三金属膜片，4-第一绝缘体膜片，5-第二绝缘体膜片，6-第三绝缘体膜片，7-第一电流探测器，8-第二电流探测器，9-第三电流探测器，10-第一电流，11-第二电流，12-第三电流，13-第四绝缘体膜片。...

【技术保护点】
1.一种夹层式离子束能谱分析器，其特征在于，所述夹层式离子束能谱分析器包括若干个绝缘体膜片和金属膜片，所述绝缘体膜片与金属膜片的形状与大小尺寸相同且平行设置，所述绝缘体膜片与金属膜片交替紧邻排布形成夹层式结构，且所述夹层式结构最外两侧为绝缘体膜片；所述夹层式结构的绝缘体膜片侧设有入射端；每个所述金属膜片均连接有电流探测器；所述电流探测器接地；/n所述夹层式离子束能谱分析器的入射端射入等离子体损失后的各能量段带电粒子，所述各能量段带电粒子依次穿过所述绝缘体膜片与金属膜片，在经过第i个金属膜片时，能量小于E

【技术特征摘要】
1.一种夹层式离子束能谱分析器，其特征在于，所述夹层式离子束能谱分析器包括若干个绝缘体膜片和金属膜片，所述绝缘体膜片与金属膜片的形状与大小尺寸相同且平行设置，所述绝缘体膜片与金属膜片交替紧邻排布形成夹层式结构，且所述夹层式结构最外两侧为绝缘体膜片；所述夹层式结构的绝缘体膜片侧设有入射端；每个所述金属膜片均连接有电流探测器；所述电流探测器接地；
所述夹层式离子束能谱分析器的入射端射入等离子体损失后的各能量段带电粒子，所述各能量段带电粒子依次穿过所述绝缘体膜片与金属膜片，在经过第i个金属膜片时，能量小于Ei的带电粒子将滞留在该金属膜片中，通过金属膜片与地之间组成的电路输出电流Ii，并输入其对应的电流探测器，各个电流探测器测量其对应的电流值，通过电流与带电粒子所携带的电荷(q)的关系式Ii∝niq即可得到能量段为Ei的离子密度(ni)，对计算出的每一个能量段的离子密度的排布进行拟合，得到高能量粒子的分布函数f(E)。


2.根据权利要求1所述的一种夹层式离子束能谱分析器，其特征在于，所述夹层式离子束能谱分析器的夹层式结构包括第一绝缘体膜片(4)、第一金属膜片(1)、第二绝缘体膜片(5)、第二金属膜片(2)、第三绝缘体膜片(6)、第三金属膜片(3)、第四绝缘体膜片(13)，第一金属膜片(1)连接第一电流探...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，于利明，李永高，高金明，刘亮，石中兵，卢杰，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51