[发明专利]一种多方向带电粒子束流转向装置

说明书

本发明属于带电粒子传输技术领域，具体为一种多方向带电粒子束流转向装置。本发明装置包括：真空连接窗口、矫正电极、圆柱形偏转电极、陶瓷支撑件、高压真空穿通件、高压电源、真空腔室、真空规管、涡轮分子泵。该装置采用八组圆柱形偏转电极组成束流偏转区，并配合八组特定结构和安装位置的矫正电极矫正束流进出束流偏转区。本发明装置结构简单，加工方便，易于提高机械加工精度；空心圆筒矫正电极的结构可提高偏转电极的工作效率；带电粒子束流可以通过八个真空连接窗口中的任意一个窗口进出该装置，增加装置使用上的便利性；本发明装置对带电粒子束流提供达五个方向的转向选择，增加带电粒子束流的使用效率。

技术领域

本发明属于带电粒子传输技术领域，具体涉及一种多方向带电粒子束流转向装置。

背景技术

带电粒子束流转向装置广泛应用于粒子加速器和粒子转输领域。在加速器中带电粒子束流的传输过程中要经常对其进行转向，在粒子应用终端前要对带电粒子束流进行分束，都需要带电粒子束流转向装置得以实现。

带电粒子束流转向装置有三大类，磁场粒子束流转向器、电场粒子束流转向器和电磁场粒子束流转向器。磁场粒子束流转向器利用运动中带电粒子束流受垂直于磁场方向的洛伦兹力作用，进而改变束流运动方向的装置。电场粒子束流转向器利用带电粒子束流受库仑力作用，进而改变束流运动方向的装置。电磁场粒子束流转向器是同时利用磁场和电场对粒子运动进行作用的装置。

本发明的带电粒子束流转向装置属于电场粒子束流转向器的一种。常见的电场粒子束流转向器主要有两种形式，即平行板电极电场粒子束流转向器和弧形电极电场粒子束流转向器。

平行板电极电场粒子束流转向器的工作原理如图3所示，带电粒子束流通过一对平行的带有不同电位的电极，带电粒子受垂直于平行板的库仑力作用，进而改变束流运动方向。该类型装置的优势在于结构简单，缺点在于因平行板的结构过于简单，不能形成复杂电场，不能多方向地改变带电粒子束流运动轨迹，例如90度偏转。如要实现多方向的多方向地改变带电粒子束流运动，必须在空间上多维度地增加多组平行板电极，并且设计模拟分析工作十分困难，也增加结构的复杂性。

弧形电极电场粒子束流转向器的工作原理如图4所示，根据带电粒子束流需求偏转角度而设计特定的弧形电极组组成特定电场，利用弧形电场线引导带电粒子束流的运动。该装置的优点是可以根据需求而设计特定的弧形电极，缺点是弧形电极结构的束流分析难以模拟，并且相应的修正电极较多，造成转向系统比较复杂。而且该方案对加工技术和装配精度的要求很高，装置的经济成本也很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、加工方便、使用效率高、分析模拟方便，能够为带电粒子束流传输提供多方向转向的装置。

本发明提供的多方向带电粒子束流转向装置，其结构如图 1、图2所示，包括：真空连接窗口、矫正电极、圆柱形偏转电极、陶瓷支撑件、高压真空穿通件、高压电源、真空腔室、真空规管、涡轮分子泵；其中：

所述真空腔室，把矫正电极和圆柱形偏转电极等装置隔离于大气环境，该真空腔室为一体式设计，为正八面体；该真空腔室整体真空漏率为1E-7Pa.L/S；

所述真空连接窗口，共有八组，均匀集成分布于所述真空腔室外侧；该真空连接窗口采用刀口密封方式密封真空，密封介质为无氧铜圈；该真空连接窗口可用于连接带电粒子束流产生装置、带电粒子束流传输装置、带电粒子束流的测量装置和带电粒子束流应用终端等；

所述矫正电极，共有八组，同轴安装于八组真空连接窗口后，并伸入到圆柱形偏转电极束流偏转区域；带电粒子束流经过矫正电极矫正束流路径后进出圆柱形偏转电极区；

所述圆柱形偏转电极，共有八组，均匀分布在所述真空腔室内，并且每两组圆柱形偏转电极对称分布于一组矫正电极两侧；每组圆柱形偏转电极被所述绝缘陶瓷支撑件支撑在真空腔室底部，每组圆柱形偏转电极通过所述高压真空穿通件连接于高压电源；