【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种四极磁铁与螺线管组合实现束流扩大及压散角的方法，属于粒子束。
技术介绍
1、高能电子束在加速器出口发射时的发射度一般为mm·mrad，即电子束半径在毫米量级，发散角在毫弧度量级，需要进行扩束及压缩发散角才能够进行远距离传输，进而应用于同步辐射光源产生或电子束辐照等。
2、电子束由于自身带负电，电荷之间会产生库伦力，推动电子束团半径迅速膨胀。分析表明，mm量级半径的电子束如果任由其自由扩散，其由于库伦力产生的发散角增量将会达到几个毫弧度量级，这也意味着电子束在传输1km以后，其半径将会增大至1米。一般情况下，高能电子束需要在储能环中长期连续运动，储能环周长通常达到百米以上，有的甚至达到公里量级。而储能环半径通常为几十厘米，因此，如果不能消除电子束库伦力的影响，电子束在极短的运行时间内就会打到储能环的内壁上，难以实现更进一步的能量保持，更无法实现同步辐射光源产生等重要应用。
3、加速器出口电子束发射时的发射度一般为mm·mrad，意味着毫米量级的束斑半径对应的初始发散角为毫弧度，如果不进行压缩，电子束在传输1km以后，其半径也将会增大至1米左右，电子束在极短的运行时间同样会打到储能环的内壁上，难以实现更进一步的能量保持。
4、当然，以上的分析结果的前提是假设储能环上没有任何束流控制装置，在实际应用中，储能环上有各类磁铁实现对电子束控制，但总的要求是进入储能环的电子发散角越小越好，通常需要控制在0.1mrad以内。此外，如果电子束用于外层空间探测，例如利用电子束产生x射线用于空间飞
5、将电子束半径在极短距离内由毫米量级扩大至厘米量级，可以将库伦力的影响降低1～2个量级，带来的发散角增量控制在0.01mrad量级。将电子束初始发散角由1mrad量级压缩至0.1mrd量级，理论上电子束在传输1km距离时束斑可以由米级压缩至10厘米量级，大大增加了电子束的传输距离。
6、当前，最为普遍采用的扩散与压缩发散角方法为多组磁铁控制法，十几组磁铁组合控制，束线控制装置长度通常会达到十余米，结构复杂，调试效率低，不利于系统小型化。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种四极磁铁与螺线管组合实现束流扩大及压散角的方法，在米级长度以内实现电子束厘米量级扩束及10倍以上的发散角压缩，简化了现有的扩束及压缩发散角系统，为电子束未来空间探测应用奠定基础。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，包括：
3、永磁铁模块，包括若干永磁铁，用于形成均匀磁场将输入电子束向正负x方向和正负y方向扩束和电子发散角压缩；所述x方向和y方向为永磁铁径向平面上相互垂直的方向；
4、电磁铁模块，用于通过控制电流大小，压缩入射电子束的发散角。
5、进一步地，所述永磁铁模块包括四块环形永磁铁；其中，
6、第一环形永磁体形成均匀磁场使输入电子束向正负x方向扩束；
7、第二环形永磁体使扩束后的x方向电子发散角压缩；
8、第三环形永磁体形成均匀磁场使电子束向正负y方向扩束；
9、第四环形永磁体使扩束后的y方向电子发散角压缩。
10、进一步地，所述电磁铁模块包括螺线管电磁铁和可控电流源及线圈绕制的环形电磁铁，用于进行x方向和y方向电子束的发散角的压缩。
11、进一步地，所述环形电磁铁为通过电流控制的环形多极磁铁。
12、进一步地，所述螺线管电磁铁包括电流源、环形圆柱状永磁铁和电螺线管；
13、所述环形圆柱状永磁铁的励磁方向与束流传输方向一致；
14、电螺线管套在环形圆柱状永磁铁外，电螺线管连接电流源，用于将电子束的发散角由mrad量级压缩至0.1mrad以内。
15、进一步地，所述螺线管电磁铁沿束流传输方向的末端设有与螺线管电磁铁共形设计的环形流强测试线圈，用于测试出入射电子束的电流。
16、一种利用所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统实现的束流扩大及压散角的方法，包括：
17、选择一个固定安装平面，设置用于测量扩束半径大小及扩束的均匀性的环形电流探测器；在距离加速器出口安装荧光靶，通过荧光靶测量电子束的发散角；
18、将永磁铁安装到位：围绕中心轴调整环形永磁铁的角度以及相邻永磁铁之间的间距，使x方向和y方向电子束扩束达到第一预设量级；
19、将电磁铁模块安装到位：调整修正电磁铁模块磁场大小、围绕中心轴的角度以及与永磁铁之间的间距，将x方向和y方向电子束扩束发散角调制成一致，并进行压缩至第二预设量级；
20、固定永磁铁和电磁铁模块的位置，构成电子束扩束及压缩发散角系统，同时将电子束扩束及压缩发散角系统置于磁屏蔽环境下，并与加速器连接。
21、进一步地，在所述电磁铁模块沿束流传输方向的末端设置与螺线管电磁铁模块共形设计的环形流强测试线圈，用于测试出入射电子束的电流。
22、进一步地，所述第一预设量级为若干个mrad量级，第二预设量级为0.1mrad量级以下。
23、进一步地，所述将电磁铁模块安装到位包括：
24、将环形电磁铁模块安装到位：调整修正电磁铁磁场大小、围绕中心轴的角度以及与相邻永磁铁的间距，将x方向和y方向电子束扩束发散角调制成一致，并将束流发散角二次压缩至1mrad；
25、将螺线管电磁铁安装到位：调整修正螺线管电磁铁的磁场大小、围绕中心轴的角度以及与环形电磁铁的间距，将x方向和y方向电子束扩束发散角压缩至0.1mrad以下。
26、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
27、(1)当前普遍采用的扩散与压发散角方法为多组磁铁控制法，十几组磁铁组合控制，束线控制装置长度通常会达到十余米，结构复杂，调试效率低，不利于系统小型化。本专利技术所提出的四极磁铁与螺线管组合实现束流扩大及压散角系统可以在米级长度以内实现电子束厘米量级扩束及10倍以上的发散角压缩，组成结构简单，工作可靠，具有小型化、轻质量、调试效率高等特点；
28、(2)本专利技术首次将螺线管电磁铁应用于电子束发散角后压缩处理，具有冗余度高，调节范围大及电子束能散要求宽松的优点；
29、(3)本专利技术首次提出复合式永磁螺线管、电螺线管和束流刘强测试一体化设计，一方面大大降低了螺线管电磁铁的功耗、重量和尺寸，另一方面可实时监测通过电子束扩束及压缩发散角系统的电子束电流；
30、(4)本专利技术通过x/y方向束流综合修正电磁铁模块及电磁螺线管联合控制电子束发散角大小，可以进行远程修正调节，为电子束设备未来空间应用奠定了技术基础。
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1.一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述永磁铁模块包括四块环形永磁铁；其中，
3.根据权利要求1所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述电磁铁模块包括螺线管电磁铁和可控电流源及线圈绕制的环形电磁铁，用于进行X方向和Y方向电子束的发散角的压缩。
4.根据权利要求3所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述环形电磁铁为通过电流控制的环形多极磁铁。
5.根据权利要求3所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述螺线管电磁铁包括电流源、环形圆柱状永磁铁和电螺线管；
6.根据权利要求5所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述螺线管电磁铁沿束流传输方向的末端设有与螺线管电磁铁共形设计的环形流强测试线圈，用于测试出入射电子束的电流。
7.一种利用权利要求1所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统实现的束流扩大及压散角的方法，其特征在于，包括：
8.根据
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一预设量级为若干个mrad量级，第二预设量级为0.1mrad量级以下。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将电磁铁模块安装到位包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述永磁铁模块包括四块环形永磁铁；其中，
3.根据权利要求1所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述电磁铁模块包括螺线管电磁铁和可控电流源及线圈绕制的环形电磁铁，用于进行x方向和y方向电子束的发散角的压缩。
4.根据权利要求3所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述环形电磁铁为通过电流控制的环形多极磁铁。
5.根据权利要求3所述的一种高能电子束扩束及压缩发散角系统，其特征在于，所述螺线管电磁铁包括电流源、环形圆柱状永磁铁和电螺线管；
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：方进勇，铁维昊，李立，扈晓程，邵永纯，刘星，
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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