[发明专利]高分辨率丝阵型束流截面测量装置的丝阵结构及测量装置

说明书

本发明涉及一种高分辨率丝阵型束流截面测量装置的丝阵结构及包含该丝阵结构的测量装置，解决了现有丝阵型束流截面测量装置中，探测丝过于绷紧易拉断、不绷紧则无法保持垂直度和平行度，在束流轰击探测丝时会使探测丝受热变形，以及束流包络较小时，需多根探测丝紧密排布，使工艺难度加大的问题。该装置所采用的丝阵结构包括探测丝、第一绷紧弹簧、第一绝缘调节块和第二绝缘调节块，所述探测丝的一端通过第一绷紧弹簧与第一绝缘调节块连接，探测丝的另一端与第二绝缘调节块连接。本发明中的探测丝可以自动调节，不易断裂，可实时给出X、Y两个方向上的截面密度测量结果，测量分辨率高、对束流影响小、信号处理方便、结构简单可靠、测量速度快。

技术领域

本发明属于粒子加速器技术领域，具体涉及一种高分辨率丝阵型束流截面测量装置的丝阵结构及包含该丝阵结构的测量装置。

背景技术

束流截面是束流的一个重要参数，束流截面测量不仅可以直观的给出束流的中心位置、束流包络和横向均匀性分布，也可以结合四极铁扫描等方法给出束流的发射度，对加速器的调试以及终端用户实验至关重要。

在低能质子束的束流截面测量领域，主要有基于光学的方法、基于丝扫描的方法和基于丝阵的方法。

其中，基于光学的方法最常用的是荧光屏。当束流打在与束流入射方向呈45度角的荧光屏上时，荧光材料受激发光，发光量与入射处粒子密度呈正比。在另外一个45度方向上设置一个观察窗，用CCD像机捕捉荧光屏上的光斑图像，就可以反映束流的截面分布。这种方法的优点是结构简单，造价便宜。但荧光屏是一种阻挡式的测量方法，而且只能粗略的确定束流的位置和截面，存在对比度不够、无法对束晕进行精确测量等缺点。基于丝扫描的方法可以实现精确的步长调节，也可以测量束晕，对束流正常传输影响较小，在针对强流束测量时可以避免被熔断，也是低能强流质子束流截面测量中常用的方法。但是单丝扫描法存在扫描时间长，脉冲束需要同步信号等问题，主要针对稳定性好的束流。基于丝阵的方法仅需一个脉冲就可实现束流截面的完整测量，对束流稳定性无要求，可以一次性得到束流横截面上的分布情况。由于其实时性，还可以用于研究束流截面密度分布的瞬时变化情况。但这种方法的缺点在于：当束流包络较小时，要想得到较为准确的测量结果，就需要多根探测丝紧密排布，以提高测量分辨率，这给工艺实现带来了较大难度。特别是该方法对丝阵中丝的垂直度和平行度要求较高，对于通常采用的几十微米金属丝来说，过于绷紧则容易拉断，不绷紧则无法保持其垂直度和平行度，而且丝阵通常需要在真空中使用，抽真空时两侧支撑框架间的距离会缩短，在束流轰击探测丝时会使探测丝受热变形，这些因素使得丝阵无法维持在抽真空前的绷紧状态。如果抽真空前丝阵上的应力过大，在抽真空时的气流又有可能导致丝的拉断。这些问题使得丝阵型束流截面探测器制作和维护起来十分困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分辨率丝阵型束流截面测量装置的丝阵结构及包含该丝阵结构的测量装置，以解决现有基于丝阵型束流截面测量装置的丝阵结构中，探测丝过于绷紧容易拉断、不绷紧则无法保持其垂直度和平行度，在束流轰击探测丝时会使探测丝受热变形，以及束流包络较小时，需要多根探测丝紧密排布，使工艺难度加大等问题。

本发明的解决方案是：

一种高分辨率丝阵型束流截面测量装置的丝阵结构，包括探测丝、第一绷紧弹簧、第一绝缘调节块和第二绝缘调节块，所述探测丝的一端通过第一绷紧弹簧，与第一绝缘调节块连接，探测丝的另一端与第二绝缘调节块连接。

进一步地，所述的丝阵结构还包括绝缘导向块，绝缘导向块位于第一绝缘调节块与第二绝缘调节块之间，绝缘导向块上设置有凹槽，探测丝卡在凹槽中，保证了探测丝与探测丝之间存在一定的距离，改变凹槽之间的间距可以控制测量分辨率，实现探测丝的准确定位。

进一步地，所述的探测丝为横竖两层探测丝，两层探测丝分别卡在绝缘导向块两个对称面上的凹槽中，每层探测丝中的探测丝之间互相平行，两层探测丝之间互相垂直而不相交。