本发明专利技术公开了一种激光加速质子束的束流收集装置，涉及粒子加速技术领域，三元电磁四极透镜组固设在第一支架上，第二支架与三元电磁四极透镜组的壳体转动连接，第二支架上设置有永磁四极磁铁组、第一转动轴和第二转动轴，永磁四极磁铁组包括固设在第一保护壳中的第一永磁四极磁铁和固设在第二保护壳中的第二永磁四极磁铁，第一保护壳与第一转动轴螺纹连接，第二保护壳滑动套设在第一转动轴上，第一保护壳滑动套设在第二转动轴上，第二保护壳与第二转动轴螺纹连接；第二支架上还设置有能够驱动第一转动轴转动的第一驱动装置和能够驱动第二转动轴转动的第二驱动装置。本发明专利技术能够同时实现高传输效率和较好的能量调节能力。同时实现高传输效率和较好的能量调节能力。同时实现高传输效率和较好的能量调节能力。
【技术实现步骤摘要】
一种激光加速质子束的束流收集装置
[0001]本专利技术涉及粒子加速
，特别是涉及一种激光加速质子束的束流收集装置。
技术介绍
[0002]粒子加速器不仅为医学、生物学和高能物理等学科研究提供了巨大帮助，而且已经被广泛实际应用于化工、农业生产、医疗卫生等各个领域。但由于受到器件击穿阈值的限制，传统射频直线加速器的加速梯度往往难以超过100MV/m。
[0003]随着高功率激光技术的不断进步，激光等离子体加速凭借比传统加速器大三个量级的加速梯度，极大地缩小了加速器的空间尺寸和节约了经济成本。截至目前，激光加速已经成功获得能量7.8GeV的准单能电子束和最高能量为93MeV的质子束。这种激光加速粒子束，尤其是离子束，已经成为癌症治疗、激发X射线、核聚变探测等应用的研究热点。在目前的激光和靶的技术条件下，靶背鞘层场加速是激光离子加速需要考虑的主要方向。靶背鞘层场加速质子束具有源尺寸小、脉冲短、散角大、能谱宽等特征。其中散角大的特点使得大部分质子在传输一段距离后无法进入目标点，这成为了它走向应用的主要障碍。因此需要利用束流收集系统进行粒子的高效率收集和传输；能谱宽意味着这一系统需要有调节不同目标收集能量的能力。
[0004]束流收集系统中使用的主流传输元件有永磁四极透镜、脉冲螺线管和电磁四极透镜。其中永磁四极透镜聚焦能力强、体积小、造价低，但磁场大小不可变；脉冲螺线管可以轴对称聚焦，但供电系统复杂、价格贵；电磁四极透镜可以方便地通过电流调节磁场，但磁场梯度不高、体积较大。目前，多条由不同研究机构建造的束流收集系统已经被报道：比如以四个永磁四极透镜作为主体的欧洲极端光学装置、以双脉冲螺线管为主体的德国亥姆霍兹重离子研究中心、以三元电磁四极透镜组(三个两两磁场相反的电磁四极磁铁)为主体的北京大学激光等离子体实验室。但由于各传输元件自身具有的缺点，这些由单一元件种类构建的收集系统很难同时具有高传输效率、强能量调节能力和经济性。
[0005]另一方面，为了在质子过于发散之前将其导入束流收集系统，需要尽可能地减小质子源到束流收集系统入口的距离，但由于激光加速实验系统中，在质子源后方还要摆放很多必要的探测设备，如用于聚焦激光的相机、用于诊断质子束的辐射变色膜片、微通道板等，因此不能简单地把束流收集系统固定安装在离质子源很近的地方，这很大程度上限制了它的收集能力。
[0006]综上，现有激光加速质子束的束流收集系统的缺陷是十分明显的：受到各传输元件的空间体积、聚焦能力和孔径大小的约束，系统的传输效率和能量调节能力往往无法兼得；更有很多工程上的问题使得大散角的质子根本无法进入收集系统，带来了固有的束流损失。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种激光加速质子束的束流收集装置，以解决上述现有技术存在的问题，同时实现高传输效率和较好的能量调节能力。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供了一种激光加速质子束的束流收集装置，包括第一支架、三元电磁四极透镜组和第二支架，所述三元电磁四极透镜组固设在第一支架上，所述第二支架与所述三元电磁四极透镜组的壳体转动连接，所述第二支架上设置有永磁四极磁铁组、第一转动轴和与所述第一转动轴平行的第二转动轴，所述永磁四极磁铁组包括固设在第一保护壳中的第一永磁四极磁铁和固设在第二保护壳中的第二永磁四极磁铁，所述第一保护壳与所述第一转动轴螺纹连接，所述第二保护壳滑动套设在所述第一转动轴上，所述第一保护壳滑动套设在所述第二转动轴上，所述第二保护壳与所述第二转动轴螺纹连接；所述第二支架上还设置有能够驱动所述第一转动轴转动的第一驱动装置和能够驱动所述第二转动轴转动的第二驱动装置。
[0010]优选的，还包括转动调节机构，所述转动调节机构包括第三转动轴、转轮、主动锥齿轮、从动锥齿轮和连接架，所述第三转动轴通过轴承与所述第一支架转动配合，所述转轮固定套设在所述第三转动轴上，所述主动锥齿轮与所述第三转动轴传动连接，所述转轮上固设有手柄，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合，所述从动锥齿轮与所述连接架固连，所述连接架与所述第二支架固连；所述三元电磁四极透镜组的壳体的顶端和底端分别固设有一个竖直的固定轴，两个所述固定轴同轴且分别通过轴承与所述第二支架转动配合，所述从动锥齿轮与所述固定轴同轴。
[0011]优选的，所述第二支架上固设有与所述固定轴同轴的第一齿轮，所述三元电磁四极透镜组的壳体上固设有限位架，所述限位架上转动设置有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮上设置有第一刻度线，所述限位架上设置有第二刻度线，当所述第一刻度线与所述第二刻度线共线时所述永磁四极磁铁组与所述三元电磁四极透镜组同轴。
[0012]优选的，所述第二支架对应两个所述固定轴分别设置有一个悬臂，所述第二支架通过悬臂与所述固定轴转动连接，所述悬臂通过轴承与对应的所述固定轴转动配合。
[0013]优选的，所述第一驱动机构采用电机，所述第一驱动机构的输出轴上固设有第三齿轮，所述第一转动轴上固设有与所述第三齿轮啮合的第四齿轮。
[0014]优选的，所述第二驱动机构采用电机，所述第二驱动机构的输出轴上固设有第五齿轮，所述第二转动轴上固设有与所述第五齿轮啮合的第六齿轮。
[0015]优选的，所述第三转动轴上固设有主动链轮，所述主动锥齿轮固设在第四转动轴上，所述第四转动轴通过轴承与所述第一支架转动配合，所述第四转动轴上固设有从动链轮，所述主动链轮与所述从动链轮上绕有链条。
[0016]优选的，所述第一支架包括托板和竖直板，所述竖直板的底端与所述托板固连。
[0017]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0018]本专利技术的激光加速质子束的束流收集装置，能够同时实现高传输效率和较好的能量调节能力。本专利技术将永磁四极透镜组与三元电磁四极透镜组结合，通过同时调节永磁四极透镜间的相对距离和三元电磁四极透镜组的电流大小，使得这一束流收集系统具有很高的能量可调性；其次，由于永磁四极透镜具有100T/m量级的高磁场梯度，并且体积小、可以
用于真空，这意味着它可以非常靠近激光加速质子源，从而收集到更多的大散角质子束，实现良好的收集和传输效率；最后，通过永磁四极磁铁组整体移动系统的巧妙机械结构设计，使得永磁四极磁铁组部分能在非工作时间撤出质子源后方空间，从而灵活地与其他实验元件交替使用，因此系统的关键工程问题得到了解决。并且这种解决方法具有普适性，可以广泛适用于激光加速质子束的各种实验体系或实际应用设备中。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术激光加速质子束的束流收集装置第一视角的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术激光加速质子束的束流收集装置第二视角本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光加速质子束的束流收集装置，其特征在于：包括第一支架、三元电磁四极透镜组和第二支架，所述三元电磁四极透镜组固设在第一支架上，所述第二支架与所述三元电磁四极透镜组的壳体转动连接，所述第二支架上设置有永磁四极磁铁组、第一转动轴和与所述第一转动轴平行的第二转动轴，所述永磁四极磁铁组包括固设在第一保护壳中的第一永磁四极磁铁和固设在第二保护壳中的第二永磁四极磁铁，所述第一保护壳与所述第一转动轴螺纹连接，所述第二保护壳滑动套设在所述第一转动轴上，所述第一保护壳滑动套设在所述第二转动轴上，所述第二保护壳与所述第二转动轴螺纹连接；所述第二支架上还设置有能够驱动所述第一转动轴转动的第一驱动装置和能够驱动所述第二转动轴转动的第二驱动装置。2.根据权利要求1所述的激光加速质子束的束流收集装置，其特征在于：还包括转动调节机构，所述转动调节机构包括第三转动轴、转轮、主动锥齿轮、从动锥齿轮和连接架，所述第三转动轴通过轴承与所述第一支架转动配合，所述转轮固定套设在所述第三转动轴上，所述主动锥齿轮与所述第三转动轴传动连接，所述转轮上固设有手柄，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合，所述从动锥齿轮与所述连接架固连，所述连接架与所述第二支架固连；所述三元电磁四极透镜组的壳体的顶端和底端分别固设有一个竖直的固定轴，两个所述固定轴同轴且分别通过轴承与所述第二支架转动配合，所述从动锥齿轮与所述固定轴同轴。3.根据权利要求2所述的激光加速质子束的束流收集装置，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：林晨，晏炀，袁忠喜，吴旻剑，杨童，颜学庆，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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