[发明专利]一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法

说明书

本发明提供的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，小型化的电子和质子能谱测量装置可以非常方便应用于激光惯性约束核聚变、激光尾场电子加速、质子加速等研究领域，进一步为此类研究领域最终实现能源、医疗、环境监测等方面的设备研制提供帮助，本发明的用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，能够对能量在几十兆电子伏(MeV)以下的电子和质子可以在极小的空间内实现能谱连续不间断测量，从而能使的测量更加精确，数据更加准确。

技术领域

本发明涉及超小型化的电子和质子能谱测量技术领域，尤其涉及一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法。

背景技术

新一代超强超快激光的出现，为人们研究强场激光物理提供了一种全新的实验手段与极端物理条件，为实现激光核聚变、激光电子加速、质子加速，并解决日益严峻的能源问题、提供高亮度极紫外激光光源提供了强有力的支持，有着非常广阔的发展前景。在超强激光与等离子体相互作用的过程中，会产生大量的超热电子、离子、X射线等高能粒子和辐射。对这些高能产物和辐射进行诊断有助于认识和理解激光等离子体相互作用过程中能量的吸收和转移、超热电子的产生和输运等机制。在此情况下，研究相互作用过程中产生的电子、质子、射线的能谱，为理解超强超短激光与物质相互作用中物理机制和过程提供了重要的手段和依据。

超热电子是“快点火”中最重要的能量载体，研究超热电子的行为，对于实现激光核聚变具有重要意义，其能量的高低、产额的多少以及发射方向等都对“快点火”方案极其重要。在点火阶段，高强度的超短脉冲激光穿过“隧道”与靶芯相互作用，产生1-5MeV的超热电子，而且由于在不同的加速机制作用下超热电子的发射方向会有很大的不同，研究超热电子的角分布和能量分布，是研究激光等离子体相互作用中超热电子定向发射规律从而了解激光等离子体相互作用机制的最有效手段之一。

在超热电子的实验研究中，我们不但需要将电子能谱仪做的小巧，以便在有限的真空靶室环境中，尽可能在激光靶材相互作用点周围摆放更多的电子能谱仪；另外一方面，需要实现对各种能量的不间断测量。现有的电子能谱仪的磁铁结构大部分为方形，分别在电子入射方向的侧面和对面，实现对电子能谱的偏转测量，但是在两个面交界的地方无法兼顾，使得处理出来的电子能谱出现断层、不连续的状况，使得电子能量和电子温度的计算出现极大的误差。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供提出一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，用于紧凑的真空相互作用靶室和能谱的连续不间断测量，对能量在几十兆电子伏(MeV)以下的电子和质子在极小的空间内能够实现能谱连续不间断测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，包括：磁铁本体，所磁铁本体包括一个半圆形体，所述半圆形体产生一个半圆形磁场，电子或质子以平行于直边的初速度方向进入所述半圆形磁场。

进一步的，所述半圆形磁场内的磁场为均匀磁场。

进一步的，所述半圆形磁场的磁场强度B为0.1-0.8T。

进一步的，所述半圆形磁场的磁场强度B为0.3T。

进一步的，所述半圆形体的半径为500mm。

进一步的，电子进入所述半圆形磁场呈圆弧轨迹运动，且该圆弧轨迹的凹面与所述半圆形体的凹面相对。

进一步的，以进入点为原点，所述电子或所述质子在所述磁场中的运动轨迹半径符合R＝10/3*((E^2+2E*0.511)^0.5)/B。

进一步的，所述磁铁本体包括固定部、半圆形体和半圆形开槽，所述半圆形开槽将所述半圆体分为上下两层，所述固定部与所述半圆形体的直边连接将上下两层所述半圆形体连接为一体，上下两层所述半圆形体在所述半圆形开槽内形成所述半圆形磁场，所述电子或所述质子从所述半圆形开槽进入所述半圆形磁场。