一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置及方法制造方法及图纸

一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置及方法，用于大型电子束加速器的束流精确控制技术。针对地磁场下高能电子束传输轨迹畸变、束流发散等问题，提出了一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控方法：首先，根据地磁场、靶坐标和束流等参数，代入到束流聚焦控制算法进行解算，得到不同能量电子束的发射角度；其次，将解算出来的束流发射角度转换为加速器指向和电二极磁铁的磁场强度和方向；最终，设置两组电二极磁铁的励磁电流幅值或者一组电二极磁铁的励磁电流幅值和旋转结构的旋转角度，从而实现对电子束的聚焦。而实现对电子束的聚焦。而实现对电子束的聚焦。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置及方法，属于高能带电粒子加速器


技术介绍

[0002]高能电子加速器技术的高速发展，推动了其在工业、医疗等领域的广泛应用。从技术特点来看，电子加速器应用涉及到包括高能物理、束流光学、脉冲功率等多个专业，具有很高的技术门槛。近年来，随着加速器规模的不断提高，束流传输距离也越来越长，在这种情况下，地磁场对束流打靶实验效果的影响也越发凸显。一方面影响了束流传输轨迹，电子束以拉莫尔循环进动方式向前推进，径向的偏转直接影响到束流打靶精准度；另一方面，电子加速器产生的高能电子束流必然有一定能量分布，不同能量电子在空间磁场中的偏转半径存在差异，导致束流飞行到靶形成一条束带，造成束流通量密度的大幅下降，直接影响到实验效果。因此，开展高能电子束空间聚焦调控技术的研究是十分必要的。
[0003]通过对大型加速器技术的研究发现，一种最为常见的调控方法是在加速器的后端配置一套磁铁组(二极磁铁+四极磁铁+四极磁铁+二极磁铁)，而且随着束流传输距离的增加，该磁铁组需要反复使用，确保实时调节电子束轨迹。这种方法的问题在于：一是磁铁组的用量很大，增加了加速器系统的规模和成本；二是由于加速器规模很大，因此需要占用很大的空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置及方法，解决电子束传输路径畸变和束流发射等问题，提高打靶准确度和到靶束流通量密度。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置，包括数据采集处理单元和磁场发生装置；
[0006]所述数据采集处理单元，采集获取三维地磁场强度、磁场方向角度、距靶点长度、靶坐标以及不同电子速度；以及根据相关预设参数，推算出不同能量电子的初始发射角度；根据不同能量电子所需要的初始发射角度，推算出两组电二极磁铁的磁场强度或旋转机构的旋转角度，基于此，推算出励磁电流源的输出电流值；
[0007]所述磁场发生装置用于产生一维磁场，使得电子束垂直于磁场口面入射，使电子经过磁铁的有效磁场区域长度作用后，发射角度达到解算设置值，保证经过飞行后，不同能量电子到达同一个靶目标。
[0008]进一步地，所述磁场发生装置采用两组正交电二极磁铁及其励磁电流源，或者采用一组电二极磁铁及其励磁电流源和一组旋转机构。
[0009]进一步地，所述励磁电流源用于为一组或两组电二极磁铁供电，控制磁铁内部的磁场强度。
[0010]进一步地，所述旋转机构承载一组电二极磁铁，控制磁铁磁场的方向。
[0011]进一步地，所述电子束的发射角度设置为其中，B为磁场强度；χ为磁场夹角；L为距靶点长度；e为电子电量；m0为电子静质量；φ
i
为电子发射速度矢量与X轴的夹角；θ
i
为电子发射速度矢量与Z轴的夹角，i＝1～N，N为线圈匝数，γ
i
为束流参数，v
i
为靶坐标，φ
i
为电子的发射角度。
[0012]进一步地，所述电二极磁铁的磁感应强度B
m
通过励磁电流源输出电流幅值进行调节，两者间的关系如下：
[0013]B
m
＝kμ
r
NI
[0014]式中，B
m
为电二极磁铁的磁感应强度；k为线性修正因子；μ
r
为磁芯的磁导率；N为线圈匝数；I为励磁电流幅值。
[0015]根据所述的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置实现的电子束聚焦调控方法，包括：
[0016]S1、根据地磁场三维磁感应强度B和方向夹角χ、距靶点长度L、靶坐标和束流参数v
i
和γ
i
，解算出不同能量电子束的发射角度φ
i
和θ
i
；
[0017]S2、根据不同能量电子的发射角度φ
i
和θ
i
，推算出电二极磁铁的磁感应强度B
m
；根据在XYZ直角坐标系中的发射角度φ
i
和θ
i
，将两组电二极磁铁对电子束偏移角度α
i
设置为与解算出的发射角度相一致。
[0018]进一步地，所述推算出电二极磁铁的磁感应强度的方法为：式中，α
i
和β
i
分别为电子与X轴和Z轴的偏移角度；d为电二极磁铁的有效磁场长度；e为电子电量；m0为电子静质量。
[0019]一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控方法的步骤。
[0020]一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控方法的步骤。
[0021]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0022](1)本专利技术考虑了场地成本、装置规模和经济性，仅通过两组电二极磁铁组或一组电二极磁铁和旋转机构，即可实现对空间磁场环境中电子束空间聚焦的调控，大幅减小了束流控制装置的体积、重量和成本。
[0023](2)本专利技术设计了一个整体的电子束空间聚焦方案，通过为不同能量电子设置不同的发射角度，使所有电子在磁场作用下传输到靶平面的同一位置，从而实现束流的会聚。
[0024](3)该方法采用了两组正交电二极磁铁组，或一组电二极磁铁和旋转机构，利用励磁电流源对磁铁内部的磁感应强度进行准确控制，从而调节电子束发射角度。
[0025](4)该方法具有体积小、重量轻、实时性强等特点。
[0026](5)提出的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控方法，具有很强的实用性，可以在各种大型电子加速器装置中得到充分应用。该方法可以有效提高束流打靶精度和束流通量密度，提升电子束辐照实验效果。
附图说明
[0027]图1为电子束空间聚焦的流程图。
[0028]图2为电子束空间聚焦方法原理示意图；
[0029]图3为电二极磁铁设置电子束发射角的原理示意图；
[0030]图4为基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置的结构组成框图；
具体实施方式
[0031]为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0032]以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置及方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～4所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置，其特征在于，包括数据采集处理单元和磁场发生装置；所述数据采集处理单元，采集获取三维地磁场强度、磁场方向角度、距靶点长度、靶坐标以及不同电子速度；以及根据相关预设参数，推算出不同能量电子的初始发射角度；根据不同能量电子所需要的初始发射角度，推算出两组电二极磁铁的磁场强度或旋转机构的旋转角度，基于此，推算出励磁电流源的输出电流值；所述磁场发生装置用于产生一维磁场，使得电子束垂直于磁场口面入射，使电子经过磁铁的有效磁场区域长度作用后，发射角度达到解算设置值，保证经过飞行后，不同能量电子到达同一个靶目标。2.根据权利要求1所述的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置，其特征在于，所述磁场发生装置采用两组正交电二极磁铁及其励磁电流源，或者采用一组电二极磁铁及其励磁电流源和一组旋转机构。3.根据权利要求2所述的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置，其特征在于，所述励磁电流源用于为一组或两组电二极磁铁供电，控制磁铁内部的磁场强度。4.根据权利要求2所述的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置，其特征在于，所述旋转机构承载一组电二极磁铁，控制磁铁磁场的方向。5.根据权利要求1所述的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置，其特征在于，所述电子束的发射角度设置为其中，B为磁场强度；χ为磁场夹角；L为距靶点长度；e为电子电量；m0为电子静质量；φ
i
为电子发射速度矢量与X轴的夹角；θ
i
为电子发射速度矢量与Z轴的夹角，i＝1～N，N为线圈匝数，γ
i
为束流参数，v
i
为靶坐标，φ
i
为电子的发射角度。6.根据权利要求1所述的一种基于电二极磁铁的电子束聚焦调控装置，其特征在于，所述电二极磁铁的磁感应强度B
m
通过励磁电流源输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：铁维昊，邵永纯，李瑞坚，方进勇，黄惠军，周钦，孙静，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：