【技术实现步骤摘要】
本申请涉及束流能量调制系统，具体地，涉及一种多离子协同辐照装置及方法。
技术介绍
1、传统重离子直线加速器装置一直以不断追求更高束流强度、更好的束流形状、更稳定的供束模式为主要改进方向，不仅可以提供高束流强度的单一种类重离子束流，而且还能同时传输和加速多种离子混合的“鸡尾酒式离子束流”，这为核能材料的辐照研究提供了有力的手段。
2、但是，对于早期单加速腔(例如：rfq—射频四极场加速器)的加速模式而言，鸡尾酒式离子束流中不同离子的单核子能量(速度)是固定不变的，这对于材料协同辐照的研究有所制约。因为在离子种类方面，不仅需要更为复杂的“鸡尾酒”束流配比，同时需要各种辐照离子准确作用于相同的样品位置。不同离子的核子数不同，固定输出的单核子能量(速度)意味着总能量差异较大，例如对于单核子能量为0.5mev/u，由“4he+和56fe14+”组成的鸡尾酒式束流而言，4he+的总能量为2mev，56fe14+的总能量为28mev，两种离子在同一核材料样品中的穿透深度有近乎1.5微米的差距。对于研究不同离子在材料中的协同反应，相同的作用深度也是重要的保证，这就需要不同离子的单核子能量是可调节的，例如保持4he+的能量不变，将56fe14+的总能量降低至20mev(0.357mev/u)，则可实现两种离子在材料中的穿透深度基本一致(错差小于100纳米)。束流的能散也是制约核能材料辐照实验精度的关键之一，它意味着束流能量的展宽。假设有相同离子通量的两组束流辐照相同的样品材料，束流能散越小意味着离子在材料中的作用深度越集中，辐照效应的
技术实现思路
1、针对上述问题，本申请的目的是提供一种达到一次性辐照更多数量核材料样品的多离子协同辐照装置。
2、为实现上述目的，本申请采取以下技术方案：
3、一种多离子协同辐照装置，包括：
4、离子束流产生单元，用于产生包含多种不同离子的鸡尾酒式离子束团；
5、鸡尾酒束流预加速单元，用于对鸡尾酒式离子束进行初步加速；
6、束流能量调制单元，使鸡尾酒式离子束中不同的离子的能量连续可调；
7、束流能散抑制单元，抑制鸡尾酒式离子束中的不同离子的能散；和
8、束流扫描单元，根据不同离子的种类和能量，触发磁场的切换，以达到不同能量离子的扫描面积一致。
9、优选地，离子束流产生单元使用多种单质气体或高温加热金属产生的金属蒸汽共同通入ecr离子源中，通过低能传输线的传输、分离和射频四极场加速器的预加速，用于产生不同离子的单核子能量都相同的原始鸡尾酒式离子束,所述原始鸡尾酒式离子束包括但不限于：fe14+&he+；ni15+&he+；si7+&he+；he2+&h2+；fe28+&he2+&h2+等双离子或三离子混合的鸡尾酒式离子束。
10、优选地，鸡尾酒束的预加速单元，使用射频四极场加速器(rfq)。
11、优选地，束流能量调制单元，使用增减能装置，通过同步定时触发，周期性调整电压和相位，使鸡尾酒式离子束流中不同离子的能量连续可调。
12、优选地，增减能装置为交叉指漂移管型直线加速器(ih-dtl)。交叉指式漂移管型直线加速器的频率与实现预加速功能的射频四极场加速器的腔体的频率一致，都为81.25mhz；交叉指式漂移管型直线加速器的最大间隙电压为195kv，加速能量为0.3～0.7mev/u连续可调，运行模式为直流模式。
13、优选地，束流能散抑制单元，使用四分之一波长聚束器(qwr-buncher)，通过同步定时触发，周期性调制电压和相位，使鸡尾酒式离子束中的不同离子的能散得到抑制，四分之一波长聚束器的频率与实现预加速功能的射频四极场加速器的腔体的频率一致，都为81.25mhz，运行模式为直流模式。
14、优选地，束流扫描单元为束流面积宽幅扫描系统，包括100～200hz的重复频率、0.035t*m的高磁刚度的扫描磁铁和陶瓷型漂移管,其中t表示特斯拉，m表示米。使用陶瓷型漂移管是为了抵抗扫描磁铁磁场快速切换时产生的涡流发热效应。
15、优选地，还包括：束流能量诊断单元，对鸡尾酒式离子束的束流能量进行诊断和分析。束流能量诊断单元包括第一组束流能量诊断单元和第二组束流能量诊断单元，所述第一组束流能量诊断单元是基于金刚石半导体探测器组成的重离子束流能量分析仪，根据入射离子的物理参数来分辨入射离子的种类和能量，第二组束流能量诊断单元是质谱二极磁铁和法拉第筒的组合，二极磁铁的最大磁场强度可达0.9t，均匀性优于±3*10-4，对离子质荷比的分辨率优于3％，能够根据入射离子的磁刚度分辨入射离子的种类和能量。
16、本申请还提供一种多离子协同辐照方法，包括：
17、离子束流产生和预加速，用于产生包含多种不同离子的鸡尾酒式离子束团，同时先进行预加速，为鸡尾酒式离子束提供初始速度；
18、束流能量调制，使鸡尾酒式离子束中不同的离子的能量连续可调；
19、束流能散抑制，抑制鸡尾酒式离子束中的不同离子的能散；和
20、束流扫描，根据不同离子的种类和能量，触发磁场的切换，以达到不同能量离子的扫描面积一致。
21、优选地，束流能量调制单元使用增减能装置，周期性调整电压和相位，使束流中不同离子的能量连续可调。
22、优选地，束流能散抑制单元，使用聚束器并周期性调制电压和相位，使鸡尾酒式离子束中的不同离子能够满足能散要求。
23、本申请由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
24、本申请是基于束流能量调制系统，使鸡尾酒式混合离子束的能量可切换，例如，在0.3～0.7mev/u范围内连续可调，进而影响鸡尾酒式混合离子束中不同离子在核能材料中的作用深度，达到模拟真实核材料服役环境的目的。
25、同时，基于束流扫描系统，可将原本微小的鸡尾酒束团，例如，粒径为ф10毫米，均匀地扩大至更大面积，例如，为100毫米*100毫米，从而达到一次性辐照更多数量核材料样品的目的。
26、本方案将更加精确地满足研究多离子协同效应的要求，同时可以进一步提高辐照实验的效率，降低实验成本。
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1.一种多离子协同辐照装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述离子束流产生单元使用多种单质气体或高温加热金属产生的金属蒸汽共同通入ECR离子源中，通过低能传输线的传输、分离和射频四极场加速器的预加速，用于产生不同离子的单核子能量都相同的原始鸡尾酒式离子束,所述原始鸡尾酒式离子束包括：Fe14+&He+；Ni15+&He+；Si7+&He+；He2+&H2+；Fe28+&He2+&H2+双离子或三离子混合的鸡尾酒式离子束。
3.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述束流能量调制单元，使用增减能装置，通过同步定时触发，周期性调整电压和相位，使鸡尾酒式离子束流中不同离子的能量连续可调。
4.根据权利要求3所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述增减能装置为交叉指式漂移管型直线加速器，所述交叉指式漂移管型直线加速器的工作频率与实现预加速功能的射频四极场加速器的腔体的工作频率一致，都为81.25兆赫兹；所述交叉指式漂移管型直线加速器的最大间隙
5.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述束流能散抑制单元，使用四分之一波长聚束器，通过同步定时触发，周期性调制电压和相位，使所述鸡尾酒式离子束中的不同离子的能散得到抑制，所述四分之一波长聚束器的工作频率与实现预加速功能的射频四极场加速器的腔体的工作频率一致，都为81.25MHz，运行模式为直流模式。
6.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述束流扫描单元为束流面积宽幅扫描系统，包括100～200赫兹的重复频率、0.035特斯拉*米的高磁刚度的扫描磁铁和陶瓷型漂移管。
7.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，还包括：束流能量诊断单元，对所述鸡尾酒式离子束的束流能量进行诊断和分析，所述束流能量诊断单元包括第一组束流能量诊断单元和第二组束流能量诊断单元，所述第一组束流能量诊断单元是基于金刚石半导体探测器组成的重离子束流能量分析仪，根据入射离子的物理参数来分辨入射离子的种类和能量，第二组束流能量诊断单元是质谱二极磁铁和法拉第筒的组合，二极磁铁的最大磁场强度可达0.9特斯拉，均匀性优于±3*10-4，对离子质荷比的分辨率优于3％，能够根据入射离子的磁刚度分辨入射离子的种类和能量，其中T表示特斯拉。
8.一种多离子协同辐照方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的多离子协同辐照方法，其特征在于，所述束流能量调制单元使用增减能装置，周期性调整电压和相位，使束流中不同离子的能量连续可调。
10.根据权利要求8所述的多离子协同辐照方法，其特征在于，所述束流能散抑制单元，使用聚束器并周期性调制电压和相位，使所述鸡尾酒式离子束中的不同离子能够满足能散要求。
...【技术特征摘要】
1.一种多离子协同辐照装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述离子束流产生单元使用多种单质气体或高温加热金属产生的金属蒸汽共同通入ecr离子源中，通过低能传输线的传输、分离和射频四极场加速器的预加速，用于产生不同离子的单核子能量都相同的原始鸡尾酒式离子束,所述原始鸡尾酒式离子束包括：fe14+&he+；ni15+&he+；si7+&he+；he2+&h2+；fe28+&he2+&h2+双离子或三离子混合的鸡尾酒式离子束。
3.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述束流能量调制单元，使用增减能装置，通过同步定时触发，周期性调整电压和相位，使鸡尾酒式离子束流中不同离子的能量连续可调。
4.根据权利要求3所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述增减能装置为交叉指式漂移管型直线加速器，所述交叉指式漂移管型直线加速器的工作频率与实现预加速功能的射频四极场加速器的腔体的工作频率一致，都为81.25兆赫兹；所述交叉指式漂移管型直线加速器的最大间隙电压为195千伏，加速能量为0.3～0.7兆电子伏每核子连续可调，运行模式为直流模式。
5.根据权利要求1所述的多离子协同辐照装置，其特征在于，所述束流能散抑制单元，使用四分之一波长聚束器，通过同步定时触发，周期性调制电压和相位，使所述鸡尾酒式离子束中的不同离子的能散得到抑制，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙良亭，翟雨晗，杨尧，
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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