本发明专利技术涉及一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，包括：探头和后继电子学系统；探头包括若干束团感应板、束团感应板卡座、束团感应板盖板、屏蔽外壳和束团过孔；各束团感应板环绕束团前进方向间隔插设在束团感应板卡座上，用于对经过的带电粒子束团进行检测；束团感应板盖板盖设在各束团感应板上，并与束团感应板卡座固定连接，以对各束团感应板进行固定；屏蔽外壳套设在各束团感应板和束团感应板盖板外部，并与束团感应板卡座固定连接；束团感应板卡座、束团感应板盖板以及屏蔽外壳中部形成有供带电粒子束团经过的束团过孔；后继电子学系统用于对各束团感应板采集的信号进行放大处理。本发明专利技术可以广泛应用于粒子束测量领域。本发明专利技术可以广泛应用于粒子束测量领域。本发明专利技术可以广泛应用于粒子束测量领域。
【技术实现步骤摘要】
一种脉冲带电粒子束团实时监测装置
[0001]本专利技术涉及一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，不仅可应用于真空环境中，也可应用于大气及强背景磁场环境中，属于粒子束测量
技术介绍
[0002]脉冲带电粒子束团(电子或离子束团)在高能量密度物理、等离子体物理、磁化惯性聚变、材料表面辐照改性及生物育种等方面都有着广泛的应用。为了更精确地记录实验条件，人们需要以非阻挡的方式监测每一个脉冲带电粒子束团的强度、位置和时间结构。
[0003]目前，测量脉冲带电粒子束团强度、位置和时间结构的非拦截式探测器有壁电流检测器、束流变压器和BPM(Beam Position Monitor，束流位置探测器)。
[0004]壁电流检测器的原理是当束流经过真空管道时，会在管道壁上产生镜像电流。镜像电流的幅度与束流相等但方向相反，通过测量取样电阻上的电压，获取束团强度；在管道四周不同的位置同时获取镜像电流对应的取样电阻上的电压值，根据各位置电压值的区别可以得到束团的位置信息；而电压信号的持续时间可用于判断束团的时间结构。然而，在实际应用中，为降低周边环境高频电磁的干扰，壁电流检测器的探头通常需要加装电磁金属屏蔽罩，但电磁金属屏蔽罩的引入，会降低壁电流检测器对低频的响应，为了改善其对低频的响应，往往需要在真空管道和电磁金属屏蔽罩之间增加铁氧体磁环，因此该类检测器无法在强背景磁场中工作。
[0005]束流变压器基于电磁感应原理，将带电粒子束团看作初级线圈，穿过环形高磁导率材质的磁芯，环绕在磁芯上的若干匝线圈作为次级线圈，通过测量取样电阻上电压信号来推断束团强度和时间结构信息。然而，束流变压器无法给出束团位置信息，同时由于铁芯的存在，无法在背景强磁场中工作。
[0006]BPM探测器基于电荷感应原理，当带电粒子束团通过BPM探测器的若干个对称放置的拾取电极时，其静电场会在拾取电极上产生感应电荷，束团随时间的演化则在电极上产生一个与束团变化对应的变化电流信号，该变化电流信号被后继电子学拾取、放大成形后转换为可测量的电压信号。电压信号幅度的大小正比于束团距离拾取电极的远近，通过比较电压信号的电压差计算出束团的位置。电压信号的持续时间判断束团的时间结构。然而，BPM探测器技术成熟，可靠性高，但基本都针对真空当中的脉冲束团，现有BMP探测器无法直接用于大气或强背景磁场中。
技术实现思路
[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，该装置可在大气、强背景磁场等环境中实时监测带电粒子束团强度、位置和时间结构，既可用于周期性的脉冲束团测量，亦可用于非周期性、甚至单个带电粒子束团的测量。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0009]一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，其包括：
[0010]探头和后继电子学系统；
[0011]所述探头包括若干束团感应板、束团感应板卡座、束团感应板盖板、屏蔽外壳和束团过孔；各所述束团感应板环绕束团前进方向间隔插设在所述束团感应板卡座上，用于对经过的带电粒子束团进行检测；所述束团感应板盖板盖设在各所述束团感应板上，并与所述束团感应板卡座固定连接，以对各所述束团感应板进行固定；所述屏蔽外壳套设在各所述束团感应板和束团感应板盖板外部，并与所述束团感应板卡座固定连接；所述束团感应板卡座、束团感应板盖板以及屏蔽外壳中部形成有供带电粒子束团经过的束团过孔；
[0012]所述后继电子学系统用于对各束团感应板采集的信号进行放大处理。
[0013]进一步，各所述束团感应板结构相同，均包括绝缘基板、感应线圈对以及信号接口插座；所述感应线圈对设置在所述绝缘基板的一侧，且所述感应线圈对中的两感应线圈完全相同；所述信号接口插座设置在所述绝缘基板另一侧的一端，并与两所述感应线圈对应连接。
[0014]进一步，所述带电粒子束团前进方向位于各所述束团感应板中感应线圈所在的平面内。
[0015]进一步，所述束团感应板卡座包括一体成型的底板和固定卡座，所述固定卡座一端固定在底板上，所述固定卡座侧部间隔设置有若干束团感应板卡槽，用于卡设各所述束团感应板；所述固定卡座端面间隔设置有若干第一固定孔，用于固定所述束团感应板盖板；所述底板边缘间隔设置有若干第二固定孔，用于固定所述屏蔽外壳。
[0016]进一步，所述束团感应板盖板包括若干第三固定孔和信号接口插座通过槽；所述第三固定孔的数量和位置与束团感应板卡座上的第一固定孔相对应；所述信号接口插座通过槽的数量和位置与所述束团感应板的数量和位置相对应。
[0017]进一步，所述屏蔽外壳包括一体成型的圆柱形部分和圆盘形部分，所述圆柱形部分的端面上间隔设置有若干信号接口插座通过孔，其数量和位置与所述束团感应板的数量和位置相对应；所述圆盘形部分上间隔设置有若干第四固定孔，其数量和位置与所述束团感应板卡座上的第二固定孔的数量和位置相对应。
[0018]进一步，所述后继电子学系统包括若干路电子学采集板，各所述电子学采集板分别用于对相应的束团感应板的检测信号进行处理放大。
[0019]进一步，各所述电子学采集板结构相同，均包括放大器主板、放大器主板屏蔽壳底板和放大器主板屏蔽壳盖板；
[0020]所述放大器主板上设置有信号输入接口插座、信号输出插座、供电插座以及若干第五固定孔，且所述信号输入接口插座用于与所述束团感应板相连，所述信号输出插座用于与后续示波器或显示处理设备相连，所述供电插座用于与电源相连为电子学采集板供电，各所述第五固定孔用于与所述放大器主板屏蔽壳底板固定连接；
[0021]所述放大器屏蔽壳主板盖板上间隔设置有若干第六固定孔，所述放大器主板屏蔽壳底板上间隔设置有若干第七固定孔和第八固定孔，分别用于与所述第五固定孔和第六固定孔固定连接。
[0022]进一步，所述放大器主板包括第一～第四放大器，所述第一放大器和第二放大器的输入端与所述束团感应板的信号接口插座相连，用于对所述束团感应板拾取的一对大小相等方向相反的脉冲电压信号进行放大；所述第三放大器的两输入端分别与所述第一放大
器和第二放大器的输出端相连，用于进行差分放大以消除噪声；所述第四放大器的输入端与所述第三放大器的输出端相连，用于对信号放大后输出。
[0023]进一步，所述束团感应板卡座采用绝缘材料制作；所述屏蔽外壳采用抗磁金属材料制作。
[0024]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0025]1、本专利技术由于在探头内相同位置处设置多个束团感应板，能够在多个空间位置和方向上测量束团产生的磁脉冲，获得束团的强度、位置和时间结构；
[0026]2、本专利技术由于在束团感应板中设置完全相同的感应线圈进行信号提取，并在后端电子学系统中采用差分放大方式进行消噪，可以显著提高抗干扰能力，提高信噪比，可以在恶劣环境(大气、强背景磁场、强电磁干扰)中工作，应用范围广；
[0027]3、本专利技术由于在束团感应板、束团感应板卡座、束团感应板盖板、屏蔽外壳内形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，其特征在于，包括：探头和后继电子学系统；所述探头包括若干束团感应板、束团感应板卡座、束团感应板盖板、屏蔽外壳和束团过孔；各所述束团感应板环绕束团前进方向间隔插设在所述束团感应板卡座上，用于对经过的带电粒子束团进行检测；所述束团感应板盖板盖设在各所述束团感应板上，并与所述束团感应板卡座固定连接，以对各所述束团感应板进行固定；所述屏蔽外壳套设在各所述束团感应板和束团感应板盖板外部，并与所述束团感应板卡座固定连接；所述束团感应板卡座、束团感应板盖板以及屏蔽外壳中部形成有供带电粒子束团经过的束团过孔；所述后继电子学系统用于对各束团感应板采集的信号进行放大处理。2.如权利要求1所述的一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，其特征在于，各所述束团感应板结构相同，均包括绝缘基板、感应线圈对以及信号接口插座；所述感应线圈对设置在所述绝缘基板的一侧，且所述感应线圈对中的两感应线圈完全相同；所述信号接口插座设置在所述绝缘基板另一侧的一端，并与两所述感应线圈对应连接。3.如权利要求2所述的一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，其特征在于，所述带电粒子束团前进方向位于各所述束团感应板中感应线圈所在的平面内。4.如权利要求2所述的一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，其特征在于，所述束团感应板卡座包括一体成型的底板和固定卡座，所述固定卡座一端固定在底板上，所述固定卡座侧部间隔设置有若干束团感应板卡槽，用于卡设各所述束团感应板；所述固定卡座端面间隔设置有若干第一固定孔，用于固定所述束团感应板盖板；所述底板边缘间隔设置有若干第二固定孔，用于固定所述屏蔽外壳。5.如权利要求4所述的一种脉冲带电粒子束团实时监测装置，其特征在于，所述束团感应板盖板包括若干第三固定孔和信号接口插座通过槽；所述第三固定孔的数量和位置与束团感应板卡座上的第一固定孔相对应；所述信号接口插座通过槽的数量和位置与所述束团感应板的数量和位置相对应。6.如权利要求4所述的一种脉冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛迎利，于得洋，王丹，
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：
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