【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，属于加速器物理的束流控制。
技术介绍
1、人类利用在电磁场中加速后的电子射线辐照各种物质，通过高能电子与物质之间的相互作用来电离和激励各种物质分子，对物质进行结构探索或者其他应用。电子束是由电子发生装置如电子枪产生的，电子在通过加速管后会被电磁场加速以获得较高的能量。加速管出口电子束斑往往为几个毫米，发散角在几个毫弧度，而辐照技术等应用需要电子束斑范围为厘米量级。如果令加速管出口电子自由发散，则需要至少10m量级的自然漂移段，这极大增加了设备所占的物理空间，即限制了应用环境。
2、为了解决该问题，通常在加速器出口处加接电子束扩束装置来增加束斑半径，同时压缩入射电子束的发散角使其平行出射。目前现有的方法是利用的四极磁铁组实现上述功能，四极磁铁组通常依据前人经验或者利用有限元软件仿真的方法进行优化设计，存在极大的计算资源浪费和时间消耗等试错成本。设计层面，多组四极磁铁组成的扩束磁铁，其优化参数数目多、优化时间长；加工装配层面，四级磁铁组加工难度大、成本高、装配难。
3、一般意义上，四极磁铁的对高能电子的聚焦能力远远强于磁强和尺寸相同的螺线管磁透镜。但是由于上述种种难点，对于1mev能量以下的电子束，利用螺线管组实现电子束扩束同样具有工程化可实现性。该方案这极大降低了设计、制造与装配难度，具有较强的实际应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，存在的传统加接电子束扩束装置来压缩
2、本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
3、一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，包括：
4、于束流线上依次布置螺线管磁透镜以组成束流扩束装置；
5、确定各螺线管磁透镜的中心轴线磁场强度，计算有效磁路长度，根据中心轴线磁场强度、有效磁路长度和理想电子磁刚度确定螺线管磁透镜束流传输矩阵；
6、根据螺线管磁透镜间的漂移段长度确定束流漂移段传输矩阵；
7、利用初始电子相空间矢量及螺线管磁透镜段、漂移段束流传输矩阵确定出口电子相空间矢量；
8、利用二分法结合实际工程化条件确定扩束装置设计参数。
9、所述螺线管磁透镜间为漂移段，用于累计束线方向上的发散角以进行扩束；
10、螺线管磁透镜设置为两组，第一组螺线管磁透镜通过聚焦反转以增加扩束后电子束发散角；第二组螺线管磁透镜通过聚焦作用对发散角进行压缩以实现平行出束。
11、所述螺线管磁透镜束流传输矩阵具体为：
12、
13、束流漂移段传输矩阵具体为：
14、
15、式中，d为漂移段长度，单位为m。参数c＝cos(kl)，s＝sin(kl)，k为螺线管磁透镜的聚焦强度，l为有效长度。
16、所述初始电子相空间矢量为u0(xi,xdi,yi,ydi)，第一组螺线管磁透镜前设置有第一漂移段，第一组螺线管磁透镜、第二组螺线管磁透镜间设置有第二漂移段，第二组螺线管磁透镜后设置有第三漂移段；
17、第一组螺线管磁透镜束流传输矩阵为ms1，第二组螺线管磁透镜束流传输矩阵为ms2，第一漂移段、第二漂移段、第三漂移段的束流漂移段传输矩阵分别为：md1、md2、md3。
18、所述出口电子相空间矢量为u1＝(md3(ms2(md2(ms1(md1u0t)))))t。
19、所述螺线管磁透镜的聚焦强度k、有效长度l根据轴线各螺线管磁透镜的中心轴线磁场强度bz及螺线管磁透镜具体设置需求确定。
20、各螺线管磁透镜的中心轴线磁场强度的计算方法为：
21、
22、式中，(bρ)0＝p0/|e|为理想电子的磁刚度，p0＝βγm0e为理想电子的动量，m0和e为静止电子的质量和电荷量，bz0为螺线管物理区间内bz为常数的数值，i(a)为聚焦强度与励磁电流，n为单位绕线匝数、l为螺线管形状物理长度，a为平均半径。
23、所述入口电子相空间矢量、出口电子相空间矢量对应的电子能量设计为小于1mev以优化各螺线管磁透镜的功耗或漂移段的长度。
24、各螺线管磁透镜之间的设计位置根据电子束扩束需求确定。
25、利用二分法调整第一组螺线管磁透镜的励磁电流使第一组螺线管磁透镜作用下的电子相空间p2的长轴与束流扩束装置y轴平行；
26、利用二分法调整第二组螺线管磁透镜的励磁电流使第一组螺线管磁透镜作用下的电子相空间p4的长轴与束流扩束装置x轴平行；
27、初始电子相空间为p1；出口电子相空间为p4。
28、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
29、本专利技术提供的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，基于传统的束流光学理论，以加速管出口电子束状态为出发点，采用两组不同功能的螺线管磁透镜，实现对初始电子束横向截面尺寸增加、发散角降低的目标。与传统以四级磁铁为核心的扩束装置相比，该装置对加工、装配误差的容忍度更高，对入口电子束能量要求更低，调节更为简单灵活。
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1.一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种双螺线管电子束扩束装置的设计方法，其特征在于：
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【专利技术属性】
技术研发人员：扈晓程，铁维昊，邵永纯，方进勇，王江平，沈俊，金阿鑫，
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：
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