[发明专利]测量束流能量的装置及方法

说明书

本发明涉及一种测量束流能量的装置及方法，其中测量束流能量的装置，包括：束流偏转单元，用于偏转束流方向，使束流在运动过程中方向发生变化；量测单元，用于测量束流在所述束流偏转单元内运动的时长；计量单元，连接至所述量测单元，用于根据所述量测单元测量到的时长获取到束流能量。

技术领域

本发明涉及粒子加速器参数测量领域，具体涉及一种测量束流能量的装置及方法。

背景技术

束流能量是直线型粒子加速器的重要参数之一，一般采用磁偏转法等进行测量。传统方法将束流偏离了正常运行轨道，是一种破坏式测量方法，不适合在加速器正常运行时进行测量。

由于能散问题，在粒子加速器中，通常是能量高的粒子走前面，能量低的粒子走后面，这会导致束斑尺寸变大，束流发射度变差。为了提高束流的发射度，在自由电子激光装置中经常采用磁压缩器结构(Chicane)，如图1所示。该结构由4块二极磁铁组成一个梯形结构。在磁压缩器结构中，不同能量束流在二极磁铁的偏转作用下走的路径不一致，能量低的走内圈，如S3，能量高的走外圈，如S1，因此通过磁压缩器结构后不同能量的粒子再聚在一起，从而优化束流发射度。

其中，束流在通过二极磁铁时，受到洛伦兹力的作用发生偏转，偏转半径R与磁场强度B的关系如下：

其中E为电子能量，单位为电子伏特，q为束团电荷量，单位为库仑，c为光速，单位为米每秒，B为偏转磁铁磁场，单位为高斯。

因此，能量越高转弯半径R约大。磁压缩器结构由四个二极磁铁组成，需要转弯4次，不同能量的电子束流通过磁压缩器段的运行路径不一致，假设路径为s，速度为v，高能电子束流的速度接近光速，可以认为是固定常量，因此测量飞行时间t＝s/v即可测量束流飞行路径长度，也就是束流能量。

通过测量飞行时间差可以计算出电子束流的能量。当前束流能量的测量方法有磁偏转法、半价层法、射程法等，以上方法都是破坏式的测量，不能实时进行能量测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量束流能量的装置及方法，不会破坏束流的正常运行轨道，适合在粒子加速器正常运行时进行测量。

为解决上述技术问题，以下提供了一种测量束流能量的装置，包括：束流偏转单元，用于偏转束流方向，使束流在运动过程中方向发生变化；量测单元，用于测量束流在所述束流偏转单元内运动的时长；计量单元，连接至所述量测单元，用于根据所述量测单元测量到的时长获取到束流能量。

可选的，所述束流偏转单元包括：第一偏转磁铁，设置于所述束流偏转单元的束流入口处，用于对入射的束流进行向上的偏转；第二偏转磁铁，设置于所述第一偏转磁铁后，用于对向上偏转的束流进行二次偏转，使束流水平运动；第三偏转磁铁，设置于所述第二偏转磁铁后，与所述第二偏转磁铁设置在同一水平线上，用于对水平运动的束流进行向下的偏转；第四偏转磁铁，设置于所述第三偏转磁铁后，用于对向下偏转的束流进行二次偏转，使束流再次水平运动，且方向与第二偏转磁铁偏转后的束流方向相同。

可选的，所述量测单元包括两个量测探头，分别设置于所述束流偏转单元的束流入口，用于获取束流进入所述束流偏转单元的第一时间，以及设置于所述束流偏转单元的束流出口，用于获取束流从所述束流偏转单元出射的第二时间。

可选的，所述第一至第四偏转磁铁相同，为二极磁铁，且所述第一至第四磁铁之间设置有真空管道，供束流流过。

可选的，所述计量单元包括：飞行时间计算模块，连接到所述量测单元，用于根据所述第一时间和第二时间计算获取束流通过所述束流偏转单元的时长；飞行轨迹计算模块，连接到所述飞行时间计算模块，用于根据所述飞时长计算获取束流的飞行轨迹；束流能量计算模块，连接至所述飞行轨迹计算模块，用于根据束流的飞行轨迹计算获取束流能量。