一種電子束發(fā)射度測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公布了一種電子束發(fā)射度測量裝置，包括測量靶室，在測量靶室的輸出端設置有反射鏡、以及測量窗口，在所述測量靶室上還安裝有真空泵，在所述測量靶室內(nèi)還安裝有一個可沿測量靶室的軸線自由移動的能量轉換靶、以及測量能量轉換靶位置的測量機構。本實用新型采用在固定磁場參數(shù)條件下通過改變測量位置的方法來減少參與數(shù)據(jù)擬合時的參數(shù)個數(shù)到1個；利用刻度指示的可移動能量轉換靶及真空動密封機構以保證在改變測量位置時不會破壞加速器的真空環(huán)境，并直接獲取測量位置數(shù)據(jù)，可以大幅度提高測量工作效率；通過多個位置測量數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)測量點的形式以提高擬合的穩(wěn)定性和精度。
【專利說明】一種電子束發(fā)射度測量裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及加速器研制及參數(shù)測量領域，具體是指一種電子束發(fā)射度測量裝置。
【背景技術】
[0002]在加速器研制及參數(shù)測量技術研究方面，帶電粒子束的發(fā)射度參數(shù)是一項最重要的表征束品質的參數(shù)，準確地測量電子束的發(fā)射度，對加速器的調試和改進，具有重要的意義。但其準確測量確是最困難的一項工作，主要原因在于通常采用的直接測量方法——胡椒孔法本身具有的一些缺陷，如空間電荷效應、胡椒孔板的存在改變束的發(fā)射度、孔的分布及其限制性等的影響，由于其對電子束束流具有一定要求及對電子束的發(fā)射度參數(shù)具有破壞性，使這種測量裝置及其相關數(shù)據(jù)處理方法受到較大的限制，基于這種原理的測量技術的應用范圍因此也受到嚴重限制。發(fā)射度的另一個有效的測量方法是三梯度法，也是目前較通用的測量方法，它具體還可以進一步劃分為三剖面法和三梯度法。三剖面法是在束流軸線上的三個不同位置上測出束流的三個剖面，再通過矩陣計算求出發(fā)射度，由于求解矩陣過程中存在多個未知數(shù)，需要對這些未知數(shù)的組合進行擬合以尋找到一個合理的結果，由于未知數(shù)個數(shù)較多，當初始參數(shù)范圍選得不合理時，矩陣方程可能是一個病態(tài)方程，組合后存在的各種可能性使求解結果存在較大的不穩(wěn)定性，求解過程也存在不收斂的情況，使求解存在一定的困難；由于測量需要在真空中進行，每一次測量位置的更換會導致加速器管道真空的破壞及工作周期的大幅增加，按照已有實際工作經(jīng)驗，在加班的情況下一天基本只能進行一個點的測量；在更大型的加速器上按照這種方式工作，則測量工作周期會更長，也不利于加速器的維護。而三梯度法也是三剖面法的一種，只是把束剖面測量位置固定在束流軸線上的一個平面上，通過改變上游方向磁場的參數(shù)以調節(jié)測量位置處束剖面的直徑、并同時測量得到三個剖面數(shù)值，如說明書附圖1所示，再按照上述矩陣的求解方法計算發(fā)射度，因此也存在一定的問題，這種測量方法雖然不破壞加速器管道真空，但擬合參數(shù)仍然包括了變化的磁場，需擬合的參數(shù)仍然較多，如果參數(shù)選擇不合適，擬合結果可能存在較大差別，尤其在束腰處進行測量，束斑直徑的測量誤差影響是較大的，如說明書附圖4所
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實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種電子束發(fā)射度測量裝置，解決目前的電子束發(fā)射度測量存在的每一次測量位置的更換會導致加速器管道真空的破壞及工作周期的大幅增加、擬合參數(shù)仍然包括了變化的磁場，需擬合的參數(shù)較多導致的誤差大的問題。
[0004]本實用新型的目的通過下述技術方案實現(xiàn): [0005]一種電子束發(fā)射度測量裝置，包括測量靶室，在測量靶室的輸出端設置有反射鏡、以及測量窗口，在所述測量靶室上還安裝有真空泵，在所述測量靶室內(nèi)還安裝有一個可沿測量靶室的軸線自由移動的能量轉換靶、以及測量能量轉換靶位置的測量機構。傳統(tǒng)的電子束發(fā)射度測量是通過一個真空的加速管道來測量的，每一次測量位置的更換會導致加速器管道真空的破壞及工作周期的大幅增加，針對這個問題， 申請人:經(jīng)過多年的研究，發(fā)明了本實用新型的技術方案:采用在測量靶室內(nèi)安裝一個能量轉換靶，能量轉換靶與測量靶室的軸線垂直，通過能量轉換靶在測量靶室軸線上的移動，可以實現(xiàn)在不破壞測量靶室真空環(huán)境的條件下進行不同位置的測量，大大減小了工作量，而且不破壞真空環(huán)境會使得每一次的測量其分布的磁場更加穩(wěn)定；然后通過增加一個測量機構來測量和顯示能量轉換靶的具體位置，然后利用修正三梯度法來進行發(fā)射度的測量，修正三梯度法主要原理如下:加速器中軸線上某一位置的電子束束斑的半徑R會隨其上游軸向磁場B的改變而改變，如果測量出不同磁場下的電子束束斑的剖面分布，可以得到一組(R，B)測量數(shù)據(jù)點，而根據(jù)理論原理還可以求解不同磁場下的電子束束斑包絡方程，可以得到一條R-B計算曲線，這條曲線主要依賴于三個未知參數(shù)，初始平面內(nèi)的電子束束斑半徑R、電子束的發(fā)散角V、電子束的發(fā)射度εη。若用R-B計算曲線擬合(R，B)測量數(shù)據(jù)點，當實際測量數(shù)據(jù)與理論計算曲線符合時就可以求出包括束流發(fā)射度ε η在內(nèi)的這三個未知參數(shù)的擬合解；其中電子束的發(fā)散角與測量位置到初始位置的距離相關，而等效磁場初始位置與磁場有關，所以當磁場設置改變時，它也隨之發(fā)生變化，所以擬合實際上是對三個參數(shù)進行的，因此，本實用新型采用移動測量的方式，同時增加不同位置處測量的方式，利用測量機構來確定能量轉換靶的位置參數(shù)，有效減少了需要擬合的參數(shù)數(shù)量，提高了擬合的穩(wěn)定性及精度，可以獲得更可靠的發(fā)射度參數(shù)數(shù)據(jù)；該方法同時要求束斑直徑的測量位置在束腰的附近即直徑最小處，并且測量位置不限于電子束的三個位置，可以有較多位置，該數(shù)據(jù)處理方法結合移動靶的測量原理，采用較多測量數(shù)據(jù)點進行擬合時，測量結果擬合的收斂性、穩(wěn)定性及精度可以較聞。
[0006]在所述的測量靶室內(nèi)安裝有絲杠，絲杠的一端穿過測量靶室的一個端面形成操作部，在測量靶室內(nèi)的絲杠上安裝有與絲杠相匹配的套環(huán)，所述能量轉換靶固定連接在套環(huán)上。具體的講，任何一種能夠實現(xiàn)能量轉換靶在真空環(huán)境的測量靶室內(nèi)移動的結構都適用于本申請的技術方案，其中的一種是采用絲杠來進行傳動，通過在測量靶室外操作絲杠的轉動來控制和調整能量轉換靶的位置，從而實現(xiàn)在測量靶室外進行操控。
[0007]在所述的測量靶室內(nèi)還安裝有與絲杠相互平行的刻度尺，在套環(huán)或能量轉換靶上安裝有與刻度尺相對應的指示標，在所述測量靶室上設置有觀測窗。本實用新型的測量機構可以是任何一種能夠實現(xiàn)能量轉換靶位置的結構，本實用新型采用了其中的一種:利用沿絲杠移動的套環(huán)或能量轉換靶相對絲杠移動，在其上設置顯示位置的刻度尺，通過觀測窗，就可以直接讀取位置參數(shù)，利用絲杠的轉動，也可以實現(xiàn)能量轉換靶的定點設置。
[0008]在所述的測量靶室內(nèi)還安裝有與絲杠相互平行的導向桿，所述能量轉換靶上安裝有套裝在導向桿上的導向滑塊。通過設置導向桿，可以使得能量轉換靶的移動穩(wěn)定，避免出現(xiàn)偏差。
[0009]所述的絲杠穿過測量靶室端面的位置至少設置有一個O型密封圈。通過設置一個或者多個O型密封圈，通過相互的適當擠壓以保證活動接觸面的緊密接觸但又能夠在摩擦的情況下移動而獲得真空的動密封效果，可以保證絲杠軸的準直性進而保證轉動的穩(wěn)定性,再通過注入真空潤滑油脂的方式改善真空密封性能,實現(xiàn)高真空度的動密封要求。
[0010]所述的能量轉換靶采用拋光的石英片制成。在電子束的參數(shù)測量中，通常使用基于切倫柯夫輻射原理的靶，其結構包括一個石英薄片，其后側磨砂形成毛面，對可見光具有很強的散射作用，這種靶的實際空間分辨率會因靶厚度及磨砂毛面的影響而降低，進而使測量誤差增大，在發(fā)現(xiàn)這個問題后，發(fā)明人經(jīng)過多年的研究后發(fā)明了能量轉換靶來解決這個問題，簡單講就是兩面拋得很光的石英薄片，并盡量將其厚度減少，它是以電子轟擊物質后能量交換進行發(fā)光的原理獲得發(fā)光圖像，發(fā)光點就是電子轟擊點，在這種結構的靶中發(fā)光不會擴散，克服了傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射原理靶結構上有毛面的偏見，因此可以提高測量精度，相對于傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射靶而言，圖像清晰度具有明顯提高。
[0011]一種電子束發(fā)射度測量方法，包括以下步驟:
[0012]Ca)固定一個合理的磁場,使電子束在測量祀室軸線方向上的橫向截面分布在測量過程中處于穩(wěn)定狀態(tài)；
[0013](b)通過變換刻度尺所示的能量轉換靶的位置，測量不同位置時，電子束束腰附近前后位置的束斑直徑；
[0014](C)根據(jù)步驟(b)測量的數(shù)據(jù)，利用三梯度法來對電子束初始發(fā)射度ε η 一個參數(shù)進行擬合，當擬合曲線與測量曲線符合時，則該值就是電子束的發(fā)射度數(shù)值。
[0015]本發(fā)明基于修正三梯度法測量電子束發(fā)射度的原理及數(shù)據(jù)處理要求，首先采用在固定磁場參數(shù)條件下通過改變測量位置的方法來減少參與數(shù)據(jù)擬合時的參數(shù)個數(shù)到I個，一方面可以降低擬合的工作量和難度，又可以提高數(shù)據(jù)處理時擬合的穩(wěn)定性及精度；利用刻度指示的可移動能量轉換靶及真空動密封機構以保證在改變測量位置時不會破壞加速器的真空環(huán)境，并直接獲取測量位置數(shù)據(jù)，可以大幅度提高測量工作效率；采用能量轉換靶代替切倫柯夫輻射靶，能量轉換靶以電子轟擊物質后能量交換進行發(fā)光的原理獲得發(fā)光圖像，發(fā)光點就是電子轟擊點，在這種結構的靶中發(fā)光不會擴散，克服了傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射原理靶結構上有毛面的偏見，因此可以提高測量精度，相對于傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射靶而言，圖像清晰度具有明顯提高；通過多個位置測量數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)測量點的形式以提高擬合的穩(wěn)定性和精度。
[0016]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果:
[0017]I本實用新型一種電子束發(fā)射度測量裝置，采用移動測量的方式，同時增加不同位置處測量的方式，利用測量機構來確定能量轉換靶的位置參數(shù)，有效減少了需要擬合的參數(shù)數(shù)量，提高了擬合的穩(wěn)定性及精度，可以獲得更可靠的發(fā)射度參數(shù)數(shù)據(jù)；該方法同時要求束斑直徑的測量位置在束腰的附近即直徑最小處，并且測量位置不限于電子束的三個位置，可以有較多位置，該數(shù)據(jù)處理方法結合移動靶的測量原理，采用較多測量數(shù)據(jù)點進行擬合時，測量結果擬合的收斂性、穩(wěn)定性及精度可以較高；
[0018]2本實用新型一種電子束發(fā)射度測量裝置，通過設置一個或者多個O型密封圈，通過相互的適當擠壓以保證活動接觸面的緊密接觸但又能夠在摩擦的情況下移動而獲得真空的動密封效果，可以保證絲杠軸的準直性進而保證轉動的穩(wěn)定性，再通過注入真空潤滑油脂的方式改善真空密封性能，實現(xiàn)高真空度的動密封要求；
[0019]3本實用新型一種電子束發(fā)射度測量裝置，采用能量轉換靶來替換切倫柯夫輻射原理靶，簡單講就是兩面拋得很光的石英薄片，并盡量將其厚度減少，它是以電子轟擊物質后能量交換進行發(fā)光的原理獲得發(fā)光圖像，發(fā)光點就是電子轟擊點，在這種結構的靶中發(fā)光不會擴散，克服了傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射原理靶結構上有毛面的偏見，因此可以提高測量精度，相對于傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射靶而言，圖像清晰度具有明顯提高；
[0020]4本實用新型一種電子束發(fā)射度測量方法，采用在固定磁場參數(shù)條件下通過改變測量位置的方法來減少參與數(shù)據(jù)擬合時的參數(shù)個數(shù)到I個，一方面可以降低擬合的工作量和難度，又可以提高數(shù)據(jù)處理時擬合的穩(wěn)定性及精度；利用刻度指示的可移動能量轉換靶及真空動密封機構以保證在改變測量位置時不會破壞加速器的真空環(huán)境，并直接獲取測量位置數(shù)據(jù)，可以大幅度提高測量工作效率；采用能量轉換靶代替切倫柯夫輻射靶，能量轉換靶以電子轟擊物質后能量交換進行發(fā)光的原理獲得發(fā)光圖像，發(fā)光點就是電子轟擊點，在這種結構的靶中發(fā)光不會擴散，克服了傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射原理靶結構上有毛面的偏見，因此可以提高測量精度，相對于傳統(tǒng)的切倫柯夫輻射靶而言，圖像清晰度具有明顯提高；通過多個位置測量數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)測量點的形式以提高擬合的穩(wěn)定性和精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型實施例的限定。在附圖中:
[0022]圖1為三梯度法的測量原理圖；
[0023]圖2為本實用新型測量裝置的半剖主視圖；
[0024]圖3為圖2的左視圖；
[0025]圖4為現(xiàn)有技術中的擬合曲線示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例的擬合曲線示意圖；
[0027]本實用新型結構示意圖。
[0028]附圖中標記及相應的零部件名稱:
[0029]1-測量靶室，2-能量轉換靶，3-絲杠，6-刻度尺，7-觀測窗，8-反射鏡，9_測量窗口，10-套環(huán)，11-真空泵，12-指示標，13-導向桿，14-導向滑塊，15-0型密封圈。
【具體實施方式】
[0030]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定。
實施例
[0031 ] 如圖2至3所示，本實用新型一種電子束發(fā)射度測量裝置，包括測量靶室I，測量靶室I采用多個組件圍合而成，整體上呈圓筒狀，其一端作為電子束的射入端，安裝有透明的玻璃，另一端設置有兩個環(huán)狀的不等直徑的端面，在該斷面通過法蘭連接有轉向的通道，在轉向通道內(nèi)安裝有反射鏡8、以及測量窗口 9，測量窗口 9上用于安裝透明的石英玻窗，以便靶的發(fā)光圖像可以傳出被放置于側面的相機拍攝；在測量靶室I內(nèi)安裝有絲杠3，絲杠3位于測量靶室I軸線的上方；絲杠3的一端穿過測量靶室I的兩個環(huán)狀不等直徑的端面形成操作部，在測量靶室I端面與絲杠3之間安裝兩個O型密封圈15，并用真空密封油脂進行密封；在絲杠3上安裝有與絲杠3相匹配的套環(huán)10，能量轉換靶2固定連接在套環(huán)10上；在測量靶室I內(nèi)還安裝有與絲杠3相互平行的刻度尺6，在套環(huán)10上設置有指示標12，在測量靶室I上方開設有觀測窗7，可以直接讀取位置參數(shù)，測量靶室I內(nèi)還安裝有與絲杠3相互平行的導向桿13，能量轉換靶2上安裝有套裝在導向桿13上的導向滑塊14;在測量靶室I的側面安裝有真空泵11 ;能量轉換靶2采用石英薄片制成，兩面進行拋光，厚度越小越好；值得注意的是，本實施例中能量轉換靶2的活動是通過絲杠3來實現(xiàn)的，作為該功能的替換，也可以是其它的傳動形式和傳動結構，例如平齒條等，測量結構也可以是其它的測量工具，例如紅外測量等。
[0032]使用時該裝置測量電子束的發(fā)射度時，首先利用真空泵11抽取真空，真空度要求達到lX10_4Pa以上，其允許漏率為1.33X10_6Pa.L/s ;固定一個合理的磁場，使電子束在測量靶室軸線方向上的橫向截面分布在測量過程中處于穩(wěn)定狀態(tài)；通過變換刻度尺所示的能量轉換靶的位置，測量不同位置時，電子束束腰附近前后位置的束斑直徑；根據(jù)步驟(b)測量的數(shù)據(jù)，利用如圖1三梯度法的測量方法來對電子束初始發(fā)射度ε η一個參數(shù)進行擬合，當擬合曲線與測量曲線符合時，則該值就是電子束的發(fā)射度數(shù)值。
[0033]利用本實施例的測量方法，得到的擬合曲線如圖5所示，其中20是電子束沿軸線23的各個位置處的半徑的原始數(shù)據(jù)測量點、21是20的擬合曲線；相對于基于基本原理的測量裝置和測量方法獲得的擬合曲線如圖4所示，其中20是電子束沿軸線23的三個位置處的半徑的原始數(shù)據(jù)測量點、21是20的擬合曲線；由此可以得知，本發(fā)明由于測量數(shù)據(jù)點數(shù)的增加、擬合參數(shù)數(shù)量的減少使得數(shù)據(jù)擬合的穩(wěn)定性、精度等有較大提高，可以獲得更準確的結果。
[0034]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種電子束發(fā)射度測量裝置，包括測量靶室(1)，在測量靶室(I)的輸出端設置有反射鏡(8)、以及測量窗口(9)，在所述測量靶室(I)上還安裝有真空泵(11)，其特征在于:在所述測量靶室(I)內(nèi)還安裝有一個可沿測量靶室(I)的軸線自由移動的能量轉換靶(2)、以及測量能量轉換靶(2)位置的測量機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電子束發(fā)射度測量裝置，其特征在于:在所述的測量靶室(I)內(nèi)安裝有絲杠(3)，絲杠(3)的一端穿過測量靶室(I)的一個端面形成操作部，在測量靶室(I)內(nèi)的絲杠(3)上安裝有與絲杠(3)相匹配的套環(huán)(10)，所述能量轉換靶(2)固定連接在套環(huán)(10)上。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種電子束發(fā)射度測量裝置，其特征在于:在所述的測量靶室(I)內(nèi)還安裝有與絲杠(3)相互平行的刻度尺(6)，在套環(huán)(10)或能量轉換靶(2)上安裝有與刻度尺(6 )相對應的指示標(12)，在所述測量靶室(I)上設置有觀測窗(7 )。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種電子束發(fā)射度測量裝置，其特征在于:在所述的測量靶室(I)內(nèi)還安裝有與絲杠(3)相互平行的導向桿(13)，所述能量轉換靶(2)上安裝有套裝在導向桿(13)上的導向滑塊(14)。
5.根據(jù)權利要求2至4中任意一項所述的一種電子束發(fā)射度測量裝置，其特征在于:所述的絲杠(3)穿過測量靶室(I)端面的位置至少設置有一個O型密封圈(15)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種電子束發(fā)射度測量裝置，其特征在于:所述的能量轉換靶(2)采用拋光的石英薄片制成。
【文檔編號】G01T1/29GK203811814SQ201420242402
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權日:2014年5月13日
【發(fā)明者】江孝國, 王遠, 李洪, 張卓, 楊興林, 代志勇 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所