[发明专利]一种强流带电粒子束二维分布监测装置

说明书

本发明涉及一种强流带电粒子束二维分布监测装置，包括：依次排列的第一冷却板、准直板和测量板以及数据处理模块，第一冷却板朝向带电粒子束入射方向，对带电粒子束进行冷却；准直板用于准直通过第一冷却板的带电粒子束；测量板上设有若干成阵列式排布的第一通孔，第一通孔远离准直板的端面上设有收集器，收集器监测带电粒子束信号，并将其传输给数据处理模块；数据处理模块根据所述收集器采集的带电粒子信号计算带电粒子束的二维分布矩阵。本发明通过设置在测量板上的微型法拉第筒阵列输出的电信号值计算出带电粒子束的二维分布状况，提高了测试结果的准确性。

技术领域

本发明是关于一种强流带电粒子束二维分布监测装置，属于带电粒子束监测领域。

背景技术

带电粒子束监测装置是加速器中不可或缺的关键设备。目前，对带电粒子束进行监测的装置主要：包括法拉第筒、荧光靶、薄膜监测器、法拉第筒阵列监测器和束流剖面监测器等。其中，法拉第筒通过收集全部的入射粒子，产生电信号，可以给出束流的总流强信息；荧光靶在入射束流轰击下会产生大量的荧光，通过监测发出的荧光，可以给出束流的位置和分布信息。薄膜监测器通常为材料辐照实验常用的束流均匀度监测器，能够粗糙地给出束流的轮廓和均匀度信息。法拉第筒阵列监测器和束流轮廓监测器可以给出入射束流横截面的束流轮廓信息。但上述带电粒子束监测装置都是针对低能带电粒子束设置的，不能用于能量很高的强流带电粒子束。法拉第筒、荧光靶等监测装置虽然可以通过水冷实现对强流带电粒子束的监测，但仍然存在无法给出精确的束流分布信息。对于法拉第筒阵列监测器虽然能够监测强流带电粒子束分布情况，但由于其自身体积限制了法拉第筒的排布数量，故仍然无法完整、全面的反应带电粒子束的分布信息。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种强流带电粒子束二维分布监测装置，通过设置在测量板上的微型法拉第筒输出的电信号值计算出带电粒子束的二维分布状况，提高了测试结果的准确性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：本发明提供了一种强流带电粒子束二维分布监测装置，包括：依次排列的第一冷却板、准直板和测量板以及数据处理模块，所述第一冷却板朝向带电粒子束入射方向，对所述带电粒子束进行冷却；所述准直板用于准直通过所述第一冷却板的所述带电粒子束；所述测量板上设有若干成阵列式排布的第一通孔，所述第一通孔远离所述准直板的端面上设有收集器，所述第一通孔和所述收集器形成微型法拉第筒，所述收集器监测带电粒子束信号，并将其传输给所述数据处理模块；所述数据处理模块根据所述收集器采集的带电粒子信号计算带电粒子束的二维分布矩阵；其中，所述第一冷却板和所述准直板上分别设有与各所述第一通孔同轴的第二通孔和第三通孔。

进一步，将每一行所述微型法拉第筒分成一组，并将该组的每一个所述收集器串联，得到一个电信号；收集所有行对应的所述电信号，其用于反映所述带电粒子束在纵向的一维电流分布；将每一列所述微型法拉第筒分成一组，并将该组的每一个所述收集器串联，得到一个电信号；收集所有列对应的所述电信号，其用于反映所述带电粒子束在横向的一维电流分布。

进一步，所述计算带电粒子束的二维分布矩阵的方法包括：用和分别表示第i行和第j列测得的电信号，F^x(t)和F^y(t)分别表示任意t时刻测量的入射带电粒子束横向和纵向的电信号分布，任意时刻t时，入射束流的总信号强度I_toal(t)和二维分布矩阵F^xy(t)分别通过如下公式(2)、(3)计算：

进一步，所述准直板和所述测量板之间还依次设置高压板和接地板，所述高压板和所述接地板上分别设有与各所述第一通孔同轴的第四通孔和第五通孔。

进一步，所述准直板与所述高压板之间、所述高压板与所述接地板之间以及所述接地板和所述测量板之间均设有绝缘板，各所述绝缘板上分别设有与各所述第一通孔同轴的第六通孔。