CN105938166B - 一种用于电子剥离膜测试的装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于电子剥离膜测试的装置及其应用。本申请的电子剥离膜测试装置，包括腔体、抽真空设备、电子剥离膜夹持组件、电子枪、第一法拉第杯和第二法拉第杯；腔体具有可开合顶盖，盖合顶盖形成密封腔体；抽真空设备为腔体抽真空；电子剥离膜夹持组件装于腔体内；电子枪装于腔体内侧壁，用于轰击待测电子剥离膜；第一法拉第杯固定在电子枪束流出口；第二法拉第杯设置在电子枪相对的腔体内侧壁上。本申请的装置，能模拟电子剥离膜工作的真空和束流注入环境；装置采用电子束流，降低了造价，降低辐射量，提高了设备安全性；能更准确掌握膜片性能，对散裂中子源的电子剥离膜选择及设计具有重要意义，降低了剥离膜研制成本，提高研制效率。
Description
技术领域
本申请涉及电子剥离膜检测设备领域，特别是涉及一种用于电子剥离膜测试的装置及其应用。
背景技术
电子剥离膜是散裂中子源中保障束流质量的重要因素，其主要作用是剥离重粒子上的电子。此外，在重离子加速器、医用加速器等强流质子加速器中，电子剥离膜也是关键组成部件。因此，电子剥离膜的质量和性能是影响束流质量的关键因素。而电子剥离膜的厚度只有几十至几百纳米，刚度和强度都很低、易碎，并且，在对束流的电子剥离过程中，核反应、温升、内应力释放等作用，导致电子剥离膜片的状态十分复杂，膜片材质的蒸发、膜片的伸缩、膜片的摆动等复杂现象同时出现，若能通过实验预先获得电子剥离膜的性能，不仅可更好的保证散裂中子源的束流质量及可靠性，而且也能够最大限度的减小因电子剥离膜性能所造成的机械故障。但是，目前国内尚无对电子剥离膜进行测试的相关装置和研究。
发明内容
本申请的目的是提供一种新的用于电子剥离膜性能测试的装置及其应用。
本申请采用了以下技术方案：
本申请公开了一种用于电子剥离膜测试的装置，包括腔体1、抽真空设备、电子剥离膜夹持组件、电子枪4、第一法拉第杯和第二法拉第杯52；腔体1具有一个可开合的顶盖11，盖合顶盖11后形成封闭的密封腔体；抽真空设备安装于腔体1的侧壁上，用于为腔体1抽真空；电子剥离膜夹持组件安装于腔体1内，用于夹持待测的电子剥离膜；电子枪4安装于腔体1的内侧壁上，用于轰击待测电子剥离膜；第一法拉第杯和第二法拉第杯52同样安装于腔体1的内侧壁上，并且，第一法拉第杯固定在电子枪4的束流出口，用于测定入射电子剥离膜的粒子数量；第二法拉第杯52设置在电子枪4相对的侧壁上，用于测定穿越电子剥离膜后的粒子数量，从而计算出电子剥离膜的剥离效率。
本申请的测试装置，整个测试是在腔体1中进行的，测试时先采用抽真空设备对腔体1进行抽真空，然后采用电子枪4轰击待测电子剥离膜，通过两个法拉第杯计算电子剥离膜的剥离效率。本申请的装置，模拟散裂中子源中电子剥离膜的真实工作环境，能够更真实的反应电子剥离膜在使用环境下的真实情况。
优选的，抽真空设备由分子泵21和离子泵22组成，分子泵21和离子泵22分别安装在腔体1的侧壁上，并且，与分子泵的接口处还安装有真空计23。
需要说明的是，本申请的抽真空设备由分子泵21和离子泵22组成，其中分子泵21用于实现高真空度的抽真空，而离子泵22用于实现超高真空度的抽真空，两者相互补充，以营造出适合的真空环境。真空计23用于检测和显示腔体1内的真空情况。
优选的，本申请的测试装置还包括照明设备6和摄像设备7，照明设备6和摄像设备7安装于腔体1的内侧壁上，摄像设备7用于实时监控电子剥离膜的情况，照明设备6用于为摄像设备7提供照明。
需要说明的是，本申请中，还特别采用了摄像设备7对待测电子剥离膜进行实时的摄像和监控，通过对采集的图形进行分析，可以实时的了解电子剥离膜在工作时的形状变化。
优选的，本申请的测试装置还包括温度检测设备8，温度检测设备8安装于腔体1的内侧壁上，用于实时检测电子剥离膜的温度。
优选的，本申请的测试装置中，电子剥离膜夹持组件包括机械手31和驱动组件32，机械手31设置于腔体1内，用于夹持待测电子剥离膜，驱动组件32设置于顶盖11的上端，用于驱动机械手31在腔体1内进行前、后、左、右、上、下移动。
需要说明的是，本申请的优选方案中，通过设计可移动的机械手31，以实现对电子剥离膜的不同部位进行测试，从而更有效的测试整块电子剥离膜的性能。
优选的，本申请的测试装置还包括电子屏蔽块，电子屏蔽块固定安装于腔体1的侧壁上，并且，设置于第二法拉第杯52的正后方，用于防止电子外溢。
优选的，电子屏蔽块为铅块。
优选的，本申请的电子枪4为轰击型电子枪，轰击型电子枪包括热子、阴极和电源，电源在热子和阴极间加轰击电压，使热子发射电子轰击阴极，再由阴极表面发射出大量电子，形成电子束。
需要说明的是，本申请中，电子枪的作用就是提供电子束流，用于轰击待测电子剥离膜，可以理解，各种型号结构的电子枪都可以用于本申请，并不仅限于轰击型电子枪；本申请优选采用轰击型电子枪，是为了更方便的改变电子枪的束流能量，从而可以模拟多种重粒子加速器的束流剥离效应及不同能量下电子剥离膜的状态。
本申请的另一面公开了本申请的用于电子剥离膜测试的装置在散裂中子源中的应用。及其在重离子加速器或医用加速器中的应用。
可以理解，本申请的测试装置，可以预先对用于散裂中子源或重离子加速器或医用加速器的电子剥离膜进行评估和检测，因此，可以作为散裂中子源或加速器的辅助设备使用。
本申请的另一面公开了一种电子剥离膜的测试方法，包括采用本申请的用于电子剥离膜测试的装置，将待测电子剥离膜固定在电子剥离膜夹持组件3上，盖合顶盖，通过抽真空设备对腔体1进行抽真空，在真空条件下，用电子枪4对待测电子剥离膜进行轰击测试。
本申请的测试方法，能够实现在超高真空环境下，对不同材质、不同制备方法、不同厚度的电子剥离膜在束流注入过程中内部核反应、温升、内应力释放及膜片失效效应，及其对束流损失、剥离效率等进行测试；并且，通过改变电子枪的束流能量可以模拟多种重粒子加速器的束流剥离效应及不同能量下电子剥离膜的状态。
本申请的有益效果在于：
本申请的电子剥离膜测试装置及电子剥离膜测试方法，在真空环境下进行测试，能较好模拟电子剥离膜工作的真空环境、束流注入环境，与其真实状态相近；并且，装置采用电子束流代替离子束流，大大降低了装置造价，降低辐射剂量，有效提高设备的安全性。本申请的电子剥离膜测试装置及电子剥离膜测试方法，对电子剥离膜进行试验测试，能够更好更准确的掌握膜片的性能，对散裂中子源的电子剥离膜选择及设计具有重要意义，有效的降低了电子剥离膜的研制成本，提高了研制效率。
附图说明
图1是本申请实施例中电子剥离膜测试装置的结构示意图；
图2是本申请实施例中电子剥离膜测试装置顶盖开启的结构示意图；
图3是本申请实施例中电子剥离膜的升温曲线图；
图中，1为腔体、11为顶盖、21为分子泵、22为离子泵、23为真空计、31为机械手、32为驱动组件、4为电子枪、52为第二法拉第杯、6为照明设备、7为摄像设备、8为温度检测设备。
具体实施方式
本申请提供了一种在真空条件下测试电子剥离膜性能的装置，其中包括腔体、抽真空设备、电子剥离膜夹持组件、电子枪、第一法拉第杯和第二法拉第杯等。可以理解，本申请的具体实现方式中，抽真空设备、电子剥离膜夹持组件、电子枪等都是采用统一的系统进行控制的，而第一法拉第杯和第二法拉第杯所采集的数据也是统一输送到系统里面进行计算获得所需结果的，包括在改进的方案中，本申请的测试装置还包括照明设备、摄像设备、温度检测设备，这些设备的开启或数据采集都是由统一的系统进行管理的；甚至电子剥离膜夹持组件的机械手和驱动组件，也是有统一的系统进行控制的。因此，本申请的装置，在更优选的实现方式中，还包括一个中央控制系统，整套装置由控制系统、真空系统和机械系统三大部分组成。
可以理解，本申请的电子剥离膜测试装置不仅可以用于电子剥离膜的生产厂家，以监控其生产的电子剥离膜的质量；也可以用于电子剥离膜的用户，以预先测试所选购的电子剥离膜，从而选择适用电子剥离膜。
此外，需要说明的是，本申请的一种实现方式中，在腔体的侧壁上均匀开设了八个接口，分别用于安装抽真空设备、电子枪、法拉第杯、照明设备、摄像设备、温度检测设备等。因此，可以理解，本申请中各设备的安装位置并不是唯一的，例如摄像设备和照明设备的位置可对换，只要能够有效的获取电子剥离膜的影像信息即可，同样的，温度检测设备的位置也是可以变换的，只要不影响温度的检测即可，抽真空设备只要能够完整抽真空的目的即可。另外，本申请的电子枪也是可以替换的，可以根据不同能量需求更换不同功率或者不同类型的电子枪；当然，电子枪和第一法拉第杯的安装位置是一起的，并且与第二法拉第杯的位置必须是相对的，同时，电子屏蔽块也必须安装于第二法拉第杯之后，这是为了实现检测，并防止电子外溢。另外，电子剥离膜夹持组件中，电子剥离膜位置调整的机械手和驱动组件等可根据需求更换不同行程调节机构。温度检测设备可根据需求更换不同量程设备。抽真空设备可根据需求更换不同抽速真空获得设备。电子屏蔽块可根据束流功率更换不同厚度的铝块。而图像获得设备也可以根据具体的测试可选用或不用像素成像设备。
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例
本例的电子剥离膜测试装置，如图1所示，包括腔体1、抽真空设备、电子剥离膜夹持组件、电子枪4、第一法拉第杯、第二法拉第杯52、照明设备6、摄像设备7、温度检测设备8、电子屏蔽块。腔体1具有一个可开合的顶盖11，盖合顶盖11后形成封闭的密封腔体；本例中，腔体1的侧壁开设有八个外接口，用于连接抽真空设备、电子枪4、第一法拉第杯、第二法拉第杯52、照明设备6、摄像设备7、温度检测设备8、电子屏蔽块等。其中，抽真空设备由分子泵21和离子泵22组成，分子泵21和离子泵22分别安装在腔体1的侧壁上的两个外接口上，在分子泵21的接口处还安装有真空计23，通过分子泵和离子泵为腔体1抽真空，以达到符合检测需求的真空度。电子剥离膜夹持组件安装于腔体1内，用于夹持待测的电子剥离膜。电子枪4安装于腔体1的侧壁上其中一个外接口中，用于轰击待测电子剥离膜；第一法拉第杯和第二法拉第杯52同样安装于腔体1的内侧壁上，并且，第一法拉第杯固定在电子枪4的束流出口，用于测定入射电子剥离膜的粒子数量；第二法拉第杯52设置在电子枪4相对的侧壁上的外接口中，用于测定穿越电子剥离膜后的粒子数量，从而计算出电子剥离膜的剥离效率。照明设备6和摄像设备7分别安装于腔体1的侧壁上的两个外接口中，摄像设备7用于实时监控电子剥离膜的情况，照明设备6用于为摄像设备7提供照明。温度检测设备8安装于腔体1的侧壁上的一个外接口中，用于实时检测电子剥离膜的温度。本申请的电子剥离膜夹持组件包括机械手31和驱动组件32，机械手31在腔体1内，用于夹持待测电子剥离膜，驱动组件32设置在顶盖11上端，用于驱动机械手31在腔体1内进行前、后、左、右、上、下移动。电子屏蔽块固定安装于腔体1的侧壁上，并且，设置于第二法拉第杯52的正后方，用于防止电子外溢，本例的电子屏蔽块具体为铅块。
本例的电子枪4为轰击型电子枪，轰击型电子枪包括热子、阴极和电源，电源在热子和阴极间加轰击电压，使热子发射电子轰击阴极，再由阴极表面发射出大量电子，形成电子束。
本例中，抽真空设备、电子剥离膜夹持组件、电子枪4、第一法拉第杯、第二法拉第杯52、照明设备6、摄像设备7和温度检测设备8都是通过一个统一的控制系统进行协调控制；例如在放置好电子剥离膜并盖上顶盖后，控制抽真空设备开启，对腔体进行抽真空，控制电子剥离膜夹持组件调整电子剥离膜的位置，控制电子枪进行轰击，采集第一法拉第杯、第二法拉第杯和温度检测设备的检测数据，在需要摄像时，控制照明设备进行照明，并控制摄像设备开启。
本例的电子剥离膜测试装置，使用时，先将待测电子剥离膜固定在电子剥离膜夹持组件的机械手31上，盖合顶盖，通过驱动组件32调整电子剥离膜的位置，通过抽真空设备2对腔体1进行抽真空，在真空条件下，用电子枪4对待测电子剥离膜进行轰击测试；通过两个法拉第杯检测电子束流入射电子剥离膜前后的粒子数量，从而计算电子剥离膜的剥离效率，剥离效率＝(入射前的粒子数量-穿过电子剥离膜后的粒子数量)/入射前的粒子数量。与此同时，通过摄像设备7观察电子剥离膜的形状变化情况，并通过温度检测设备8实时记录电子剥离膜的温度变化。
对本例的电子剥离膜测试装置进行模拟测试，以能量为10kev的电子束注入电子剥离膜，当电子束注入电子剥离膜时，电子停止能将转换为膜片的热能，从而引起膜片表面温度上升。随着电子束流的注入，剥离膜温度从环境温度急剧升高至1400K左右，而当束流停止注入时，剥离膜温度随着热辐射及热传导缓慢下降，下一周期又将重复这一过程，电子剥离膜随电子束流脉冲变化的升温曲线如图3所示。通过摄像机及热成像可以记录到该过程。根据热成像记录结果显示，在电子束注入点温度最高，以注入点为圆心，温度迅速向外递减扩散，形成同心圆状的温度梯度。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：包括腔体(1)、抽真空设备、电子剥离膜夹持组件、电子枪(4)、第一法拉第杯和第二法拉第杯(52)；
所述腔体(1)具有一个可开合的顶盖(11)，盖合顶盖(11)后形成封闭的密封腔体；所述抽真空设备安装于所述腔体(1)的侧壁上，用于为所述腔体(1)抽真空；
所述电子剥离膜夹持组件安装于所述腔体(1)内，用于夹持待测的电子剥离膜；
所述电子枪(4)安装于所述腔体(1)的内侧壁上，用于轰击待测电子剥离膜；
所述第一法拉第杯和第二法拉第杯(52)同样安装于腔体(1)的内侧壁上，并且，第一法拉第杯固定在所述电子枪(4)的束流出口，用于测定入射电子剥离膜的粒子数量；所述第二法拉第杯(52)设置在电子枪(4)相对的侧壁上，用于测定穿越电子剥离膜后的粒子数量，从而计算出电子剥离膜的剥离效率。
2.根据权利要求1所述的用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：所述抽真空设备由分子泵(21)和离子泵(22)组成，分子泵(21)和离子泵(22)分别安装在所述腔体(1)的侧壁上，并且，与分子泵的接口处还安装有真空计(23)。
3.根据权利要求1所述的用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：还包括照明设备(6)和摄像设备(7)，所述照明设备(6)和摄像设备(7)安装于腔体(1)的内侧壁上，摄像设备(7)用于实时监控电子剥离膜的情况，照明设备(6)用于为摄像设备(7)提供照明。
4.根据权利要求1所述的用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：还包括温度检测设备(8)，所述温度检测设备(8)安装于腔体(1)的内侧壁上，用于实时检测电子剥离膜的温度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：所述电子剥离膜夹持组件包括机械手(31)和驱动组件(32)，所述机械手(31)设置于腔体(1)内，用于夹持待测电子剥离膜，所述驱动组件(32)设置于顶盖(11)的上端，用于驱动机械手(31)在腔体(1)内进行前、后、左、右、上、下移动。
6.根据权利要求1-4任一项所述的用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：还包括电子屏蔽块，所述电子屏蔽块固定安装于腔体(1)的内侧壁上，并且，设置于所述第二法拉第杯的正后方，用于防止电子外溢。
7.根据权利要求6所述的用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：所述电子屏蔽块为铅块。
8.根据权利要求1-4任一项所述的用于电子剥离膜测试的装置，其特征在于：所述电子枪(4)为轰击型电子枪，所述轰击型电子枪包括热子、阴极和电源，电源在热子和阴极间加轰击电压，使热子发射电子轰击阴极，再由阴极表面发射出大量电子，形成电子束。
9.根据权利要求1-8任一项所述的用于电子剥离膜测试的装置在散裂中子源、重离子加速器或医用加速器中的应用。
10.一种电子剥离膜的测试方法，其特征在于：包括采用权利要求1-8任一项所述的用于电子剥离膜测试的装置，将待测电子剥离膜固定在所述电子剥离膜夹持组件上，盖合顶盖(11)，通过所述抽真空设备对腔体(1)进行抽真空，在真空条件下，用所述电子枪(4)对待测电子剥离膜进行轰击测试。
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2016
- 2016-06-12 CN CN201610411143.0A patent/CN105938166B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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