一种低能脉冲离子束产生装置及方法

1.本发明涉及一种加速器离子束脉冲化技术领域，特别是关于一种低能脉冲离子束产生装置及方法。


背景技术：

2.320kv高电荷态离子综合研究平台是一个能够提供低能、强流、高电荷重离子束的大型静电加速器装置，其产生的离子束用于低能高电荷态离子与物质相互作用、低能天体核物理前期探索等领域的实验研究。随着研究的深入、细化及实验的方法、测量要求，平台迫切需要建成一套低能离子束脉冲化系统，为极端条件下离子与物质相互作用研究提供技术支持。
3.近些年来国内外做了大量的离子脉冲化技术的研究与实验尝试，也有大量的报导，但所采用方法均受实际条件和技术限制，适用范围小，借鉴性差。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种低能脉冲离子束产生装置及方法，可以将加速器产生的低能重离子连续束转换为脉冲束、极窄纳米脉冲束，减弱高压电源性能对脉冲束的影响。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种低能脉冲离子束产生装置，其包括：偏转电极，设置在加速器的离子传输管线法兰上，位于所述加速器离子传输管线内部；二维可调狭缝，与所述偏转电极平行设置在同一所述法兰上；偏转电极电源连接端，穿设在所述法兰上，位于所述加速器离子传输管线内部的所述偏转电极电源连接端与所述偏转电极连接，位于所述加速器离子传输管线外部的所述偏转电极电源连接端与外部的偏转电极电源连接。
6.进一步，所述偏转电极设置为两对电极板，所述电极板水平对称安装在所述法兰上。
7.进一步，所述电极板采用t型结构，位于t型头部采用方形板，与所述偏转电极电源连接的一端采用长条形板，所述方形板与所述长条形板一体成型。
8.进一步，所述二维可调狭缝包括水冷靶座、靶片、连接杆和水冷管；
9.所述水冷靶座与所述电极板的方形板对称设置，所述靶片设置在所述水冷靶座的中心位置处；所述水冷靶座的一侧通过所述连接杆固定在所述法兰的内侧面，与所述偏转电极呈对称设置；位于所述连接杆的上下方分别设置有与所述水冷靶座连接的所述水冷管，所述水冷管的一端穿过所述法兰后，与外部的水冷系统连接。
10.一种基于上述装置的低能脉冲离子束产生方法，其包括：在电极板上周期性加载直流高压，从而在极板间产生周期性变化的静电场。进入电极板的离子束流经过电场的周期性偏转，偏离中心轨道，形成脉冲离子束流；脉冲离子束产生后，通过调节二维可调狭缝调节脉冲离子束的宽度和流强，并配合电源高压、触发信号延迟时间来调节脉冲离子束的
品质与波形。
11.进一步，当脉冲发生器触发信号为高电平，高压电源输出为零电压，所述离子束流正常通过电极板，后端所述离子束流强度为正常；所述脉冲发生器触发信号为低电平，高压电源输出为高电压，所述离子束流通过电极板发生偏转，后端所述离子束流强度为零，脉冲发生器信号周期性变化，离子束流在后端形成所述脉冲离子束。
12.进一步，通过调制两个所述电极板触发信号之间的延时，调节窄脉冲束的脉冲宽度。
13.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
14.1、本发明采用偏转电极加载脉冲高压使通过极板间的离子束周期性偏转从而产生脉冲离子束的装置。目前国际上脉冲束的宽度主要依赖于高压电源的上升沿时间与下降沿时间，很难产生窄脉冲束。利用本发明可以将加速器产生的低能重离子连续离子束转换为脉冲离子束、极窄纳米脉冲离子束，减弱高压电源性能对脉冲离子束的影响的。
15.2、本发明采用了双电极双狭缝，将从离子源或加速器产生的连续束转换为脉冲离子束，电极与狭缝集成在同一法兰上，可任意安装在离子束流传输管线上，不改变离子束传输的光学与电子学设计。狭缝中心可拆卸，狭缝大小可根据需要任意改变。电极上加载脉冲高压，离子源或加速器产生的连续离子束流通过电极板后转换为脉冲离子束流。双电极脉冲高压、脉冲信号延迟时间、狭缝配合调节，可调节脉冲离子束品质与宽度，脉冲宽度最小可实现1纳秒。
16.3、本发明的低能重离子脉冲化系统将320kv高压平台产生的连续离子束流转化为脉宽和占空比在某个范围的脉冲离子束流，有效解决现有技术中存在的问题。
附图说明
17.图1是本发明实施例中的集成电极与狭缝整体结构示意图；
18.图2是图1的俯视图；
19.图3是图1的侧视图；
20.图4是图1的主视图；
21.图5是本发明实施例中将低能脉冲离子束产生装置安装在加速器束流传输管线中的效果图；
22.图6是图5中a处放大示意图；
23.图7是本发明实施例中脉冲产生系统；
24.图8是本发明实施例中超窄束流脉冲化示意图。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.本发明提供一种低能脉冲离子束产生装置，包括：偏转电极，设置在加速器束流传输管线法兰上，位于加速器束流传输管线内部；二维可调狭缝，与偏转电极平行设置在同一法兰上；偏转电极电源连接端，穿设在法兰上，位于加速器束流传输管线内部的偏转电极电源连接端与偏转电极连接，位于加速器束流传输管线外部的偏转电极电源连接端与外部的偏转电极电源连接。本发明可以将加速器产生的低能重离子连续束转换为脉冲束、极窄纳米脉冲束，减弱高压电源性能对脉冲束的影响。
28.在本发明的一个实施例中，提供一种低能脉冲离子束产生装置。本实施例中，该装置设置在加速器束流传输管线上，如图1至图6所示，该装置包括：
29.偏转电极1，设置在加速器束流传输管线2的法兰3上，位于加速器束流传输管线2的内部；
30.二维可调狭缝4，与偏转电极1平行设置在同一法兰3上；
31.偏转电极电源连接端5，穿设在法兰3上，位于加速器束流传输管线2内部的偏转电极电源连接端5与偏转电极1连接，位于加速器束流传输管线2外部的偏转电极电源连接端5与外部的偏转电极电源连接。
32.上述实施例中，偏转电极1设置为两对电极板11，电极板11水平对称安装在法兰3上。
33.在本实施例中，电极板11采用t型结构，位于t型头部采用方形板，与偏转电极电源连接的一端采用长条形板，方形板与长条形板一体成型。
34.优选的，电极板11的尺寸根据加速器真空管件几何尺寸，离子种类、离子能量、束流包络尺寸、安装位置等因素确定，在此不进行具体的限定，使用时可根据相应的实际情况进行设置。
35.上述实施例中，二维可调狭缝4包括水冷靶座41、靶片42、连接杆43和水冷管44。水冷靶座41与电极板11的方形板对称设置，靶片42设置在水冷靶座41的中心位置处；水冷靶座41的一侧通过连接杆43固定在法兰3的内侧面，与偏转电极1的长条形板呈对称设置。位于连接杆43的上下方分别设置有与水冷靶座41连接的水冷管44，水冷管44的一端穿过法兰3后，与外部的水冷系统连接。在本实施例中，水冷系统采用现有成熟技术即可，在此不再赘述。
36.在本发明的一个实施例中，提供一种低能脉冲离子束产生方法。本实施例中，如图7所示，该方法包括以下步骤：
37.1)在电极板11上周期性加载直流高压，从而在极板间产生周期性变化的静电场，进入电极板11的离子束流经过电场的周期性偏转，偏离中心轨道，形成脉冲离子束流。
38.2)脉冲离子束产生后，通过调节二维可调狭缝4来调节脉冲离子束的宽度和流强，并配合电源高压、触发信号延迟时间来调节脉冲离子束的品质与波形。
39.在一个优选的实施例中，当脉冲发生器触发信号为高电平，高压电源输出为零电压，离子束流正常通过电极板，后端离子束流强度为正常；脉冲发生器触发信号为低电平，高压电源输出为高电压，离子束流通过电极板发生偏转，后端离子束流强度为零，脉冲发生器信号周期性变化，离子束流在后端形成所述脉冲离子束
40.其中，通过调制第一个电极板与第二个电极板11触发信号之间的延时，即可调节窄脉冲束的脉冲宽度，如图8所示。
41.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。