CN106353787B - 一种同位素谱线扫描探头 - Google Patents

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Abstract

本发明属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种同位素谱线扫描探头，设置在同位素谱线扫描装置上，所述同位素谱线扫描装置设置在同位素电磁分离器的接收器上，包括设置有探头的探头板，连接所述探头和所述同位素谱线扫描装置的连接线路，其中所述探头为若干个，以相同间距直线排列在所述探头板上；所述探头为法拉第筒，用于探测所述同位素电磁分离器分离后的离子束的电流信号。采用本发明所提供的同位素谱线扫描探头能够实现同位素谱线扫描装置对聚焦平面上离子束内束流密度的横向分布的测量；能够同时在线测量多组数据，解决了由于离子束束流不稳定性导致的测量结果的不确定性。

Description

一种同位素谱线扫描探头
技术领域
本发明属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种同位素谱线扫描探头。
背景技术
电磁分离方法在同位素分离领域具有不可或缺的地位，电磁分离法是利用能量相同、质量不同的离子在横向磁场中旋转半径不同实现同位素分离的。同位素电磁分离器就是采用电磁分离方法分离得到同位素的设备。待分离的离子束从同位素电磁分离器的离子源中射出，经同位素电磁分离器中的磁场分离，再被接收装置接收，完成同位素的分离工作。
同位素电磁分离器分离后的同位素的离子束要全部收集起来，就需要对离子束的聚焦平面上的束流密度的横向分布进行测量，以便接收器(接收分离后的同位素的离子束的装置)能够对准最佳的聚焦面。同位素电磁分离器中的离子源通过三电极引出系统引出离子束后，经过磁场偏转，不同质量的同位素会汇聚在聚焦面的不同空间位置而实现分离，该现象称为色散。色散距离越大，越有利于同位素的分离。谱线扫描装置用于测量离子束在经过分离磁铁后的分离与聚焦状况，并用于寻找最佳的聚焦面。从而实现接收器在进行接收之前，离子束的位置与接收器上相应的接收口袋位置对准，保证同位素丰度。
目前，对离子束的束流进行测量的探头(及方法)有许多种，有束流变压器(BCT)、直流流强变压器(DCCT)、壁电流探头(WCM)、法拉第筒等。除了法拉第筒以外，其他的测量方法是通过离子束的束流产生的磁通量来获得束流的大小，可以避免探头与束流的直接接触，在加速器领域都有较多的应用。然而，谱线扫描仪需要测量束流密度的空间分布，在这些探测装置中，只有法拉第筒能够扫描束流获得束流密度的分布。
发明内容
本发明是同位素谱线扫描装置上的探头，用于实现同位素谱线扫描装置对聚焦平面上离子束内束流密度的横向分布的测量，采用法拉第筒测量离子束的束流密度分布。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种同位素谱线扫描探头，设置在同位素谱线扫描装置上，所述同位素谱线扫描装置设置在同位素电磁分离器的接收器上，包括设置有探头的探头板，连接所述探头和所述同位素谱线扫描装置的连接线路；所述探头为法拉第筒，用于探测所述同位素电磁分离器分离后的离子束的电流信号；其中，所述探头为若干个，以相同间距直线排列在所述探头板上。
进一步，所述探头为7个。
进一步，所述间距为20mm。
进一步，所述法拉第筒竖直设置在所述探头板上，开口方向一致。
进一步，所述法拉第筒的直径为1mm。
更进一步，所述法拉第筒为不锈钢材质。
进一步，所述探头板采用高纯石墨制作。
进一步，所述探头和所述探头板之间设有绝缘层。
更进一步，所述绝缘层采用氮化硼制作。
本发明的有益效果在于：
1.可同时在线测量多组数据，解决了由于离子束束流不稳定性导致的测量结果的不确定性。
2.探头的法拉第筒尺寸为1mm，提高了测量准确性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述铷元素同位素谱线扫描方法示意图；
图2是本发明具体实施方式中所述铷元素同位素的离子束所产生的电流信号示意图(即束流密度分布示意图)；
图3是本发明具体实施方式中设置有所述同位素谱线扫描装置的接收器的示意图；
图4是本发明具体实施方式中所述同位素谱线扫描装置在接收器上的安装示意图；
图5是本发明具体实施方式中所述同位素谱线扫描探头的后视图；
图6是本发明具体实施方式中所述同位素谱线扫描探头的俯视图；
图中：1-扫描探头驱动步进电机，2-皮带轮传动结构，3-探头扫描运动丝杠，4-滑动轴，5-前后运动驱动电机，6-前后运动驱动丝杠，7-连接法兰，8-框架，9-传动杆，10-探头板，11-探头，12-固定螺钉，13-真空室壁，14-绝缘层，15-螺母。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
首先介绍同位素谱线扫描装置的工作原理(如图1所示)，以铷(Rb)元素为例。由于铷元素有两个同位素(85Rb、87Rb)，在分离过程中会产生两条离子束。首先选取z＝0的中间平面，在接收器附近有85Rb，87Rb两条离子束，如图1所示，P为测量的探头，初始位置A点的坐标为(XA，YA)，它将沿与x轴成45°角的方向移动到B(XB，YB)，并随时输出探头的空间位置信号(包括位置坐标)，在移动过程中探头依次扫过85Rb，87Rb离子束，并有电流的信号输出(电流信号示意见图2所示)。探头的空间位置信号与接收的电流信号可以绘成电流密度分布图，并记录储存。完成了一次扫面后，将探头的位置调到A1，A2，.....An，完成一系列的扫面测量，在完成了Z＝0中间平面的测量后，再按同样的方法完成Z＝-100mm～+100mm不同平面的上述测量。这样就完成了85Rb和87Rb离子束的空间分布的测量，根据束的空间分布可以获得像宽、高、形状、两像之间距离等数据。数据处理采用通常的方法，取峰高的1/2处为束的宽度(见图1，图中J1、J2分别为85Rb和87Rb离子束的束流密度分布峰高)，b1为85Rb像宽，b2为87Rb像宽，d为铷同位素的色散，当b1，b2的值为最小时此处就是聚焦点。
本发明提供的一种同位素谱线扫描探头(如图5、图6所示)，设置在同位素谱线扫描装置上，同位素谱线扫描装置设置在同位素电磁分离器的接收器上(接收器处于同位素电磁分离器的真空环境内，如图3所示，真空室壁13之内的框架8及其上面安装的其他部件处于真空环境中)。包括设置有探头11的探头板10，连接探头11和同位素谱线扫描装置的连接线路，探头板10安装在接收器的框架8上(如图4所示)。
同位素谱线扫描探头为分布式，探头11为若干个，以相同间距直线排列在探头板10上；探头11为法拉第筒，用于探测所述同位素电磁分离器分离后的离子束的电流信号。
如图5、图6所示，探头板10上设置的探头11为7个，相互之间的间距为20mm。探头11的法拉第筒竖直设置在探头板10上，开口方向一致。法拉第筒的直径为1mm。法拉第筒采用不锈钢材质制作。本发明所提供的同位素谱线扫描探头一次扫描即可提供7组数据，解决了由于离子束束流不稳定性导致的测量结果的不确定性。同时，探头11的法拉第筒尺寸为1mm，也进一步提高了测量的准确性。法拉第筒常常加负高压来防止二次电子的逃逸，以减小二次电子对探头信号的污染。然而，在本实施例所使用的同位素电磁分离器中，由于存在强磁场，二次电子往往被束缚住，因此不需要加负高压。
探头板10采用高纯石墨制作。探头11和探头板10之间设有绝缘层14，探头11是设置在绝缘层14内，而不与探头板10接触，绝缘层14采用氮化硼制作。考虑到离子束的束流能量较高，为了降低轫致辐射对测量结果的影响，一般选择原子序数较低的材料如铝、铜等。本设计中采用耐轰击的高纯石墨作为探头的主体支架及外壳(探头板10)。
在本实施例中，法拉第筒通过螺母15设置在探头板10上。探头板10通过固定螺钉12和螺母15设置在接收器上。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (6)

1.一种同位素谱线扫描探头,设置在同位素谱线扫描装置上，所述同位素谱线扫描装置设置在同位素电磁分离器的接收器上，包括设置有探头（11）的探头板（10），连接所述探头（11）和所述同位素谱线扫描装置的连接线路；所述探头（11）为法拉第筒，用于探测所述同位素电磁分离器分离后的离子束的电流信号；其特征是：所述同位素电磁分离器用于对铷元素Rb进行电磁分离得到85Rb、87Rb两种同位素的离子束，所述探头（11）为若干个，以相同间距直线排列在所述探头板（10）上，所述探头（11）的所述法拉第筒上不需要加防止二次电子逃逸的负高压；
所述探头（11）为7个；所述间距为20mm；所述法拉第筒的直径为1mm。
2.如权利要求1所述的同位素谱线扫描探头，其特征是：所述法拉第筒竖直设置在所述探头板（10）上，开口方向一致。
3.如权利要求2所述的同位素谱线扫描探头，其特征是：所述法拉第筒为不锈钢材质。
4.如权利要求1所述的同位素谱线扫描探头，其特征是：所述探头板（10）采用高纯石墨制作。
5.如权利要求1所述的同位素谱线扫描探头，其特征是：所述探头（11）和所述探头板（10）之间设有绝缘层（14）。
6.如权利要求5所述的同位素谱线扫描探头，其特征是：所述绝缘层（14）采用氮化硼制作。
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