[发明专利]含混合离子束流的H+离子截面信号采集系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及高能物理技术，特别涉及带电粒子加速器束流诊断领域。

背景技术

离子截面测量是带电粒子加速器中最重要的束流诊断内容之一。从储氢电极真空弧放电离子源加速引出的离子束是一种含H+混和离子束流，其中还含有大量的多种电荷态金属离子等杂质离子成分。对于H+离子和靶相互作用的研究，需要实时诊断H+离子的束流截面分布，屏蔽杂质离子的干扰。

闪烁体，分为无机闪烁体和有机闪烁体，是一种常用的离子探测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以直接测量混合离子束中H+成分的束流截面的信号采集系统和方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，含混合离子束流的H+离子截面信号采集系统，其特征在于，包括：

沿光路顺次设置的离子源和闪烁体、光学透镜、分幅相机；离子源和闪烁体位于真空腔中，离子源固定设置于离子源固定体，闪烁体固定设置于靶材固定体，离子源固定体和靶材固定体具有电能接口；所述闪烁体靠近离子源的一侧表面设置有金属膜。

光学透镜设置于真空腔的腔壁，分幅相机设置于真空腔以外。离子源和闪烁体、光学透镜、分幅相机沿直线光路设置，闪烁体垂直于直线光路，所述光学透镜为凸透镜。闪烁体为无机闪烁体，衰减时间在30ns-300ns之间；闪烁体厚度为0.5～3mm，直径在10mm-40mm范围内。

金属膜为镀于闪烁体表面的金属镀膜，与靶外筒电连接。

所述金属膜材质为Ti或Al。所述离子源固定体为离子源外筒，所述靶材固定体为靶外筒和其内的第一固定环、第二固定环。

本发明的含混合离子束流的H+离子截面信号采集方法包括下述步骤：

1)真空环境下，离子源中的混合离子以高压电场引出和加速，轰击到带有金属膜的闪烁体上，产生荧光；

2)分幅相机接收荧光，形成图像信号。

所述闪烁体厚度大于H+离子的计算穿透深度。所述分幅相机具有信号传输接口。

本发明的有益效果是，同时具备杂质重离子成分过滤和时间-空间分辨的H⁺束流截面诊断能力、能有效降低高压下绝缘击穿的危险并真实模拟近靶表面环境电场。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

其中，1为真空腔，2为离子源，3为离子源外筒，4为加速间隙，5为从离子源2中引出的混合离子在加速间隙中被加速形成的混合离子束流，6为靶外筒，7为闪烁体表面的金属膜，8为闪烁体，9为光学透镜，10为离子沉积在闪烁体中发出的荧光，11为分幅相机，12为分幅相机和计算机之间的电缆，13为数据采集计算机。

图2为镀膜闪烁体的结构示意图。其中7为金属镀层，8为闪烁体，23为杂质离子束，24为H⁺离子束，25为第一固定环，26为第二固定环，25和26是用于固定闪烁体的金属部件。d1为镀膜厚度，d2为闪烁体厚度。

具体实施方式

本发明提供了一种含H⁺混合离子束中H⁺成分束截面时空分布的测量方法及系统，可以直接测量混合离子束中H⁺成分的束流截面，从而更精确地设计束流光学，研究H⁺束流对金属靶的损伤行为和次级粒子特征。

本发明的测量系统由镀膜闪烁体及其固定部件、光学透镜、分幅相机，还可以包括连接到分幅相机的计算机。混合离子束流在强电场下从真空弧等离子体中被引出、加速并轰击金属靶，用于产生次级粒子或者金属材料表面损伤研究。

闪烁体-光电采集的方法，非常适用于诊断高电场环境和靶高电位情形下的束流截面分布诊断。由于不同离子在闪烁体中的沉积深度不同，相同加速电压下引出离子质量越轻，其穿透深度越大。在闪烁体表面镀上一定厚度的金属膜，将杂质离子沉积在金属膜中，H⁺透过金属膜沉积在闪烁体中激发出荧光，荧光强度的时空分布反映了H⁺束流的强度特征。通过分幅相机测量镀膜闪烁体荧光强度的时间-空间分布，获得含H⁺混合离子束中纯H⁺成分束截面时空分布信息、结合流强测量结果，用于研究H⁺束流对金属靶的损伤行为和次级粒子特征。