CN103389508A

CN103389508A - 用于电子加速器束流强度实时监测的装置

Info

Publication number: CN103389508A
Application number: CN2012101406028A
Authority: CN
Inventors: 吾勤之; 宣明; 郭�旗; 刘伟鑫; 王昆黍; 乔文; 陈友; 徐导进; 蔡楠; 王海涛
Original assignee: Shanghai Academy of Spaceflight Technology SAST
Current assignee: Shanghai Academy of Spaceflight Technology SAST
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-13

Abstract

本发明涉及一种用于电子加速器束流强度实时监测的装置，包括真空室，位于真空室内的探头，向所述探头提供高压的高压单元，以及收集所述探头所产生次级电子的束流强度显示系统。真空室为高能电子与探头的相互作用提供真空环境；探头与高能电子相互作用产生次级电子；高压单元为次级电子的收集提供高压，微电流计和显示系统对探头输出的次级电子束流进行收集，实时显示束流强度。本发明解决了电子加速器在辐照过程中束流强度变化情况的实时监测问题，对高能电子不会产生阻挡作用，高能电子可以穿过所述用于电子加速器束流强度实时监控的装置。该装置使用方便、可操作性强、稳定性好，对束流强度无损失。

Description

用于电子加速器束流强度实时监测的装置

技术领域

本发明涉及电子加速器束流强度测量领域，具体涉及一种用于电子加速器束流强度实时监测的装置。

背景技术

空间环境中高能电子引起的辐射效应会对地球同步轨道卫星、太阳同步轨道卫星以及深空探测器等多种航天器的在轨可靠运行造成严重威胁，在地面实验室条件下利用电子加速器产生的高能电子进行辐照试验、模拟空间辐射效应是航天器抗辐射加固设计的一个重要环节。束流强度是电子加速器运行时的一项重要参数指标，该指标直接反映高能电子在被辐照物质内部吸收的辐照剂量大小，因此需要对辐照过程中电子加速器的束流强度进行测量。

法拉第筒是最常见的电子加速器束流强度测量装置，该装置利用安装在筒内的石墨收集体收集加速器产生的高能电子，通过采集高能电子在石墨收集体上产生的电流信号来测量束流强度，具有结构简单、测量范围宽、精度高等特点。公开号为CN101470208A的中国专利公开了“一种脉冲电子加速器纳皮安电子束流测量系统”，该专利利用法拉第筒解决了纳皮安脉冲电子加速器的束流强度测量问题。电子加速器在进行辐照试验时，其束流强度并非是一个恒定值，而是会发生一定程度波动，为准确得到高能电子在被辐照物质内部吸收的辐照剂量，需要在辐照过程中实时监测电子加速器的束流强度变化情况。然而法拉第筒是一种高能电子收集器，若将用于束流强度测量的法拉第筒作为束流强度实时监测装置使用，会将放置于法拉第筒后面的被辐照物质挡住，即因为所述高能电子难以穿过法拉第筒，使得较难在辐照过程中同时监测束流强度。

因此需要找到一种透射性好，对高能电子没有阻挡作用的束流强度测量装置，解决法拉第筒在辐照过程中不能同时测量束流强度的问题，实现电子加速器束流强度变化情况的实时监测。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于电子加速器束流强度实时监测的装置。该装置透射性好，对高能电子没有阻挡作用，可以解决辐照过程中不能同时监测电子加速器束流强度的问题。该装置的使用对束流强度、束流能量不会产生影响，是一种无损监测装置。

为解决上述问题，本发明提供的用于电子加速器束流强度实时监测的装置包括真空室，位于真空室内的准直器和探头，向所述探头提供高压的高压单元，以及收集所述探头所产生次级电子的束流强度显示系统。

在上述技术方案中，所述真空室为高能电子与探头的相互作用提供真空环境，其真空度至少应达到1×10^-2Pa。所述探头包括：至少两个骨架，贯穿所述骨架的开口，覆盖所述开口的金属箔，与所述金属箔电连接的导线。所述的高压单元提供给探头的高压为100V～300V。

作为本发明用于电子加速器束流强度实时监测的装置的一种优选结构，所述骨架的材料是陶瓷，所述骨架的形状是环形。

在本发明的探头中，所述金属箔的材料是铝，所述金属箔的厚度小于5μm；所述导线的材料为铜。

在上述结构中，所述的金属铝箔通过导电胶与铜导线电连接。

作为本发明用于电子加速器束流强度实时监测的装置的进一步改进，所述骨架具有上、下槽，所述导线位于上槽内，所述下槽为导流槽。

进一步，所述骨架的层数为6至20层；骨架的厚度为1mm～2mm。

进一步，所述各层骨架由螺栓串连，所述骨架上的螺栓均为3个。

使用本发明的优点在于：本发明的监测装置对高能电子不会产生阻挡作用，可以实现辐照过程中电子加速器束流强度的实时监测，是一种操作简单、使用方便、可操作性强、稳定性好的束流强度无损监测装置。

附图说明

图1是本发明用于电子加速器束流强度实时监测的装置的结构示意图。

1为抽真空口、2为外层金属壳、3为真空密封膜、4为法兰、5为螺栓、6为准直器、7为探头、8为真空插座、9为高压源、10为微电流计、11为计算机。

图2是该装置核心部分探头的结构示意图。

12为骨架、13为金属箔、14为导线、15为第一螺栓、16为第二螺栓、17为第三螺栓、18为上槽、19为下槽。

图3为表示覆盖在相邻层的骨架的金属箔分别与高压极13a、接收极13b连接时的示意图。

图4是利用法拉第筒测量得到的电子加速器束流强度与利用该装置测量得到的次级电子流强度之间的关系示意图。

具体实施方式

为解决在辐照过程中不能同时测量束流强度的问题，本发明提供一种用于电子加速器束流强度实时监测的装置。下文中，结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步说明。

参看图1，本发明用于电子加速器束流强度实时监测的装置的包括：由抽真空口1、外层金属壳2、用Mylar聚酯薄膜制作的真空密封膜3、法兰4、螺栓5、真空插座8组成的真空室；位于所述真空室内的准直器6、探头7；由高压源9、微电流计10、计算机11组成的高压单元和束流强度显示系统。

抽真空口1和真空插座8分别安装在真空室外层金属壳2的两侧外壁上，抽真空口1通过真空室外层金属壳2内部的通道与真空室内部相连；真空插座8通过真空室外层金属壳2内部的通道与放置在真空室内的探头7通过导线14相连；所述真空插座8与由高压源9、微电流计10、计算机11组成的高压单元和束流强度显示系统连接；真空密封膜3覆盖在真空室的上下表面；将法兰4安装在真空密封膜3之上，压紧真空密封膜3；用螺栓5将外层金属壳2、真空密封膜3以及法兰4拧紧固定，形成一个整体。

图2示出了本发明位于真空室内的探头7，所述探头7包括采用陶瓷材料制作的多层骨架12、安装在骨架上的金属箔13、导线14、第一螺栓15、第二螺栓16、第三螺栓17、上槽18和下槽19。

采用金属铝箔的原因是：铝材料对高能电子能损较小；采用铜导线的原因是：铜的导电性好；采用陶瓷材料制作骨架的原因是：高能电子穿过金属铝箔时会产生一定热量，陶瓷材料绝缘性能好，热传导率高，可以快速散热，并且不易发生形变，在其他实施例中，所述金属箔、导线、骨架还可以采用其他材料。

每层骨架1的厚度为1mm～2mm。金属箔13的面积大于骨架12的内直径、小于外直径，完全遮盖骨架1中间的空心部分，厚度小于5μm，保证高能电子穿过后束流强度、束流能量不发生变化。将金属箔13安装在骨架12上，在每层骨架12的上下表面各开一个浅槽，槽深约为环厚度的三分之一，上槽18的长度较短（小于骨架的内外直径之差），作引线槽使用，将导线14放置于该槽内，用导电胶填充引线槽，保证金属箔13与安放于引线槽内的导线14形成良好的欧姆接触；下槽19的长度等于骨架的内外直径之差，即将骨架12的内外环刻通，作为真空室抽真空时探头内部空气的导流槽。

利用第一螺栓15、第二螺栓16、第三螺栓17将多个装有金属箔13的骨架12安装在一起，保证多层骨架12之间相互平行，即组成探头7。如图3所示覆盖在相邻层的骨架的金属箔13通过导线分别连接到真空插座8上，覆盖在相邻层的骨架上的金属箔不能接在一起。其中接高压极13a的一组为次级电子的收集提供高压，接收集极13b的一组为次级电子收集。

本实施例中骨架为六层，金属箔为六片（高压极和收集极各三片），可以根据需要增加层数，推荐数量为六到二十之间。所述金属箔的数量太少，收集到的次级电子的数目比较少，电流微弱，容易受到干扰；所述金属箔的数量太多，会对高能电子产生阻挡，不利于高能电子穿过所述探头。

在使用该用于电子加速器束流强度实时监测的装置时，高压源9通过真空插座8、导线14将高压送至覆盖在骨架上的作为次级电子高压极13a的金属箔，次级电子在高压作用下从作为高压极的金属箔输运至作为收集极13b的金属箔；微电流计10通过真空插座8、铜导线14获取收集极13b的金属箔上的次级电子束流信号，计算机11根据校准因子对微电流计10采集到的次级电子束流信号进行处理，显示电子加速器的束流强度。

整个装置的工作方式是：

首先，将探头7安装于真空室内，用准直器6固定，次级电子的高压极13a和收集极13b通过铜导线14连接至真空室外壁的真空插座8上；

其次，采用该装置测量电子加速器的束流强度时，真空室的真空度至少应达到1×10^-2Pa。真空工作状态有两种途径可以实现：其一，采用独立的真空系统：在真空室的上下表面安装采用Mylar聚酯薄膜制作的真空密封膜3及法兰4，将真空泵与真空室外壁上的抽真空口1连接，使真空室至少应达到1×10^-2Pa真空度；其二，与电子加速器共用一套真空系统：拆去真空密封膜3及法兰4，将真空室与电子加速器的真空管道直接相连，使真空室与电子加速器管道保持相同的真空度，真空度至少应达到1×10^-2Pa。

高压源9通过真空插座8、铜导线14对高压极13a的金属箔上施加100～300V高压。微电流计10通过真空插座8、铜导线14与收集极13b的金属箔相连接。

启动电子加速器，高能电子穿过金属箔13，产生次级电子，在高压作用下次级电子被收集极金属箔13b收集，通过铜导线14传输至真空插座8，微电流计10从真空插座上获取次级电子束流信号，通过计算机11进行处理和显示，实时监测电子加速器的束流强度。

由于次级电子流强度与电子加速器的束流强度之间具有较好的线性关系，因此可以利用束流强度绝对测量的法拉第筒对该装置测得的次级电子流强度进行校准：将本发明安装在电子加速器的束流出口处，而法拉第筒安放在本发明的下方，加速器产生的高能电子穿过本发明上的探头后再射入到法拉第筒内，被法拉第筒内的石墨收集体所收集，将本发明测的次级电子流强度与法拉第筒测得的束流强度进行比较，得到校准因子（二者关系如图4所示）。在进行辐照时，移去法拉第筒，放置被辐照物质，该束流强度显示系统可根据校准因子实时显示辐照过程中束流强度的变化情况。

Claims

1.一种用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，包括真空室，位于真空室内的准直器和探头，向所述探头提供高压的高压单元，以及收集所述探头所产生次级电子的束流强度显示系统。

2.根据权利要求1所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，所述真空室的真空度至少应达到1×10^-2Pa。

3.根据权利要求1所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，所述探头包括：至少两个骨架，贯穿所述骨架的开口，覆盖所述开口的金属箔，与所述金属箔电连接的导线。

4.根据权利要求3所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，所述骨架的材料是陶瓷，所述骨架的形状是环形。

5.根据权利要求3所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于：所述金属箔的材料是铝，所述金属箔的厚度小于5μm；所述导线的材料为铜。

6. 根据权利要求5所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，所述的金属铝箔通过导电胶与铜导线电连接。

7.根据权利要求3所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，所述骨架具有上、下槽，所述导线位于上槽引线槽内，所述下槽为导流槽。

8.根据权利要求3所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于：所述骨架的层数为6至20层；骨架的厚度为1mm～2mm。

9.根据权利要求3所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，所述各层骨架由螺栓串连，所述骨架上的螺栓均至少为3个。

10.根据权利要求1所述的用于电子加速器束流强度实时监测的装置，其特征在于，所述的高压单元提供的高压为100V～300V。