[发明专利]一种同位素谱线扫描装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种同位素谱线扫描装置及方法。

背景技术

电磁分离方法在同位素分离领域具有不可或缺的地位，电磁分离法是利用能量相同、质量不同的离子在横向磁场中旋转半径不同实现同位素分离的。同位素电磁分离器就是采用电磁分离方法分离得到同位素的设备。

在同位素电磁分离器中，离子源通过三电极引出系统引出离子束后，经过磁场偏转，离子束中不同质量的同位素会汇聚在聚焦面的不同空间位置而实现分离，该现象称为色散。色散距离越大，越有利于同位素的分离。谱线扫描仪用于测量离子束在经过分离磁铁后的分离与聚焦状况，并用于寻找最佳的聚焦面，以便同位素电磁分离器中的接收器上的接收口袋能够对准最佳的聚焦面，从而更好的收集分离后的同位素。

谱线的测量是关于聚焦平面上离子束内束流密度的横向分布。目前，对于强流离子束束流的测量手段有束流变压器(BCT)、直流流强变压器(DCCT)、壁电流探头(WCM)、法拉第筒等方法。除了法拉第筒以外，其他的测量方法是通过束流产生的磁通量来获得束流的大小，可以避免探头与束流的直接接触，在加速器领域都有较多的应用。然而，谱线扫描仪需要测量束流密度的空间分布，在这些探测装置中，只有法拉第筒能够扫描束流获得束流密度的分布。

法拉第筒一般是用金属做成杯状或同轴喇叭状，把束流全部阻挡，利用电流表可测到直流束流强度或脉冲束流的平均值。为了降低轫致辐射对测量结果的影响，一般选择原子序数较低的材料如铝、铜等。另外为了减小二次电子对信号的污染，常常加负高压来防止二次电子的逃逸。不过，在电磁分离器中，由于存在强磁场，二次电子往往被束缚住，不需要加负高压。

发明内容

同位素电磁分离器分离后的同位素的离子束要全部收集起来，就需要对离子束的聚焦平面上的束流密度的横向分布进行测量，以便接收器(接收分离后的同位素的离子束的装置)能够对准最佳的聚焦面。本发明的目的就是提供一种采用法拉第筒测量直流束的束流密度分布的谱线扫描装置，能够测量的束流空间达240mm×240mm×240mm。从而实现接收器在进行接收之前，离子束的位置与接收器上相应的接收口袋位置对准，保证同位素丰度。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种同位素谱线扫描装置，设置在同位素电磁分离器中的真空环境内，包括法拉第筒制成的探头，所述探头能够探测所述同位素电磁分离器分离后的离子束的电流信号，其中所述探头设置在探头板上，所述探头板设置在所述同位素电磁分离器中的接收器的框架上，还包括设置在所述接收器上的能够使所述探头板做三维移动的机械传动机构，还包括与所述探头相连的电子线路，以及同所述电子线路相连的数据处理系统，所述数据处理系统能够采集、显示、记录所述探头的空间位置信号和所述离子束的电流信号。

进一步，所述探头不止一个，直线分布在所述探头板上，间距20mm，所述电子线路与所述探头一一对应。

进一步，所述探头所采用的所述法拉第筒的直径为1mm。

进一步，所述机械传动机构能够提供所述探头板的三位移动空间的范围为240mm×240mm×240mm，三维移动空间的三维坐标包括X轴、Y轴、Z轴。

进一步，所述探头板能够在所述框架上做与所述X轴成43°角的直线移动。

进一步，所述机械传动机构包括能够带动所述框架及所述探头板前后运动的滑动轴，相互连接的前后运动驱动步进电机和前后运动驱动丝杠，所述前后运动驱动步进电机和前后运动驱动丝杠用于控制所述滑动轴的前后运动；

还包括互相连接的皮带轮传动结构和探头扫描运动丝杠；

还包括通过传动轴与所述皮带轮传动结构相连的扫描探头驱动步进电机，所述扫描探头驱动步进电机用于驱动探头扫描运动丝杠使所述探头板能够在所述框架上做与所述X轴成43°角的直线移动。

进一步，所述传动轴沿所述滑动轴的轴向贯穿所述滑动轴。

更进一步，所述滑动轴、传动轴通过O型橡胶圈来实现动态密封。

为达到以上目的，本发明还公开了一种用于以上所述装置的同位素谱线扫描方法，包括以下步骤：

步骤(S1)，选取一个Z＝0的平面，在所述离子束附近选择一个初始位置点A，A点坐标为(X_A，Y_A)；

步骤(S2)，使所述探头沿与X轴成43°角的直线移动到点B，B点坐标为(X_B，Y_B)，通过并扫描所述离子束，并同步输出所述探头的空间位置信号和所述离子束的电流信号；