[发明专利]一种束流能量分析仪

说明书

本发明公开一种束流能量分析仪，包括：刮束器、聚焦电极、减速栅网、收集极以及快速束流变压器FCT。刮束器用于电子束刮束，使得少部分电子束通过刮束器，进入能量分析仪内部；减速栅网用于提供减速电场，以对进入能量分析仪内的电子进行减速，能量大于减速电压的电子能够穿过减速栅网而被收集极收集；快速束流变压器FCT用于实时测量收集极收集到的电子流强。分析收集极收集到的电子流强与减速栅网电压的关系能够得到进入能量分析仪的电子的能谱，完整扫描束流横截面，可以得到束流的能谱。聚焦电极用于调节减速电场，提高能量分析仪测量精度。本发明大幅提高了低能强流电子束的能谱测量分辨率，最高相对分辨率可达0.2％。

技术领域

本发明涉及电子加速器束流能量技术领域，更具体地，涉及一种束流能量分析仪。

背景技术

传统的用于电子束束流能量测量的装置如图1所示。该装置的基本原理基于洛伦兹力，是最常见的高能弱流束的能谱参数测量装置。束流通过一个由二极铁产生的均匀磁场，受洛伦兹力偏转后打在荧光靶上。能量大的粒子偏转角度小，而能量小的粒子偏转角度大，因此能量不同的粒子打在荧光靶上的位置不同。这种方法使用CCD相机对荧光靶上束流产生的束斑进行采集，之后对束斑的位置以及尺寸进行处理分析，最终得到束流的能谱分布。通过对测量系统的高精度设计以及测量结果的精确处理，这种测量方法对于MeV量级及以上的束流的能谱测量可以达到较高的相对分辨率，相对分辨率可达0.1％。

而对于0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束，由于低能束流的磁刚度非常小，二极铁产生的磁场必须足够微弱，受边缘磁场的影响以及地磁场等因素的干扰，高精度的弱磁场要求给二极铁的设计制造以及标定带来非常大的困难。并且，低能束流打在后端荧光靶上时，其产生的束斑亮度非常低，会给CCD相机的测量带来非常高的要求。最重要的是，低能强流电子束的束流内部有着非常强烈的空间电荷作用力，使用这种方法对导流系数大于1μP的电子束流进行能谱测量时，强烈的空间电荷作用力会带来非常大的能量偏移和附加能散，造成测量结果不准确。因此，该方法不能用于0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束的能谱参数测量。

另外一种较适用于低能弱流束流的能量测量方法，其基本原理基于反向电场。束流先经反向电场减速，能量大于减速电压的粒子穿过反向电场，能量小于减速电压的粒子无法穿过反向电场。之后，穿过反向电场的粒子被法拉第筒收集。调节减速高压，即间接调节减速电场强度，法拉第筒上收集到的束流的流强会随之变化。分析法拉第筒上收集到的束流的流强的变化，结合减速电压，可以获得束流的能量分布。但是这种方法较适用于低能弱流束流的能量测量，对于0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束，现有的此类束流能量测量方法同样会由于空间电荷作用力的影响，而给测量结果带来非常大的能量偏移和附加能散，造成测量结果不准确。因此该方法也不能满足低能强流电子束的能谱的高精度测量。

因此，需要一种低能强流电子束能量参数测量的束流能量分析仪，满足0.5keV～20keV、导流系数大于1μP的低能强流电子束束流能谱的高精度测量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有电子束束流能量测量的装置对导流系数大于1μP的电子束流进行能谱测量时，强烈的空间电荷作用力会带来非常大的能量偏移和附加能散，造成测量结果不准确，以及不能满足低能强流电子束的能谱的高精度测量的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种束流能量分析仪，包括：刮束器、聚焦电极、减速栅网、收集极以及快速束流变压器(Fast Current Transformer，FCT)；