CN106855634A - 一种紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件 - Google Patents

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杨永良
吴芳芳
孙葆根
卢平
韦隽昊
刘啸宇
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    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation

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Abstract

本发明公开了一种紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，包括真空室，真空室的侧壁设有凸起的准直靶座，真空室的侧壁设有四个圆形钮扣型电极，四个圆形钮扣型电极以准直靶座贯穿真空室中心的轴线为对称轴两两对称分布，对称轴同侧的两个圆形钮扣型电极贯穿真空室中心的轴线之间的夹角为60度，称轴对称的两个圆形钮扣型电极贯穿真空室中心的轴线之间的夹角为120度。真空室的两端面为固定法兰，固定法兰上设有六个法兰安装孔，法兰安装孔为螺纹通孔。圆形钮扣型电极设于两个法兰安装孔的中间部位。圆形钮扣型电极的信号馈出采用SMA型高频宽带连接器。能够进行真空室内束流位置测量的紧凑型检测器组件设计，该检测器组件能同时进行水平和垂直两个方向束流位置测量，并且纵向结构非常小。

Description

一种紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件
技术领域
本发明涉及一种束流位置检测技术，尤其涉及一种紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件。
背景技术
束流位置是粒子加速器的重要参数之一，测量束流位置的最基本的方法是利用探测器耦合出束流的电磁场。由于带电粒子束流是一个电流，所以它产生电场和磁场。在高能束流的情况下，这些场是纯横电磁场(TEM)。如果束流偏离真空室中心，则耦合出束流的电磁场将被调制，由此可以得到束流位置信息。
通常，人们采用探测电极测量束流的电磁场。探测电极的感应信号是被束流调制的时域信号，其载波是束团的重复频率或高频的RF频率(对储存环多束团而言)。束流位置探测电极通常有静电探测电极、钮扣(Button)电极和条带(Stripline)电极等。束流位置检测器由一对电极或两对电极(在同时测量水平和垂直位置时)构成，它是非拦截型的束流测量手段。由钮扣电极和条带电极构成的束流位置检测器常称为钮扣型束流位置检测器和条带型束流位置检测器，它们广泛用于加速器中。随着紧凑型加速器的出现，束测件的纵向安装尺寸通常非常有限，目前，直线加速器或输运线中的束流位置检测器通常采用水平/垂直的电极对、或斜45度电极对进行束流位置测量，纵向安装尺寸都比较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，包括真空室，所述真空室的侧壁设有凸起的准直靶座，所述真空室的侧壁设有四个圆形钮扣型电极，所述四个圆形钮扣型电极以所述准直靶座贯穿所述真空室中心的轴线为对称轴两两对称分布，对称轴同侧的两个圆形钮扣型电极贯穿所述真空室中心的轴线之间的夹角为60度，以对称轴对称的两个圆形钮扣型电极贯穿所述真空室中心的轴线之间的夹角为120度。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，能够进行真空室内束流位置测量的紧凑型检测器组件设计，该检测器组件能同时进行水平和垂直两个方向束流位置测量，并且纵向结构非常小。
附图说明
图1为本发明实施例提供的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件的示意图；
图2为本发明实施例提供的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件的结构图；
图3为本发明实施例提供的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件的模型图；
图4为本发明实施例中的仿真计算模型；
图5为本发明实施例中的基于差比和计算方法的束流位置测量MAPPING图；
图6为本发明实施例中的基于差比和计算方法的水平方向束流位置测量灵敏度曲线；
图7为本发明实施例中的基于差比和计算方法的垂直方向束流位置测量灵敏度曲线；
图8为本发明实施例中的基于差比和计算方法的水平方向多项式拟合误差曲线；
图9为本发明实施例中的基于差比和计算方法的垂直方向多项式拟合误差曲线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，其较佳的具体实施方式是：
包括真空室，所述真空室的侧壁设有凸起的准直靶座，所述真空室的侧壁设有四个圆形钮扣型电极，所述四个圆形钮扣型电极以所述准直靶座贯穿所述真空室中心的轴线为对称轴两两对称分布，对称轴同侧的两个圆形钮扣型电极贯穿所述真空室中心的轴线之间的夹角为60度，以对称轴对称的两个圆形钮扣型电极贯穿所述真空室中心的轴线之间的夹角为120度。
所述真空室的两端面为固定法兰，所述固定法兰上设有法兰安装孔，所述法兰安装孔为螺纹通孔。
所述法兰安装孔有六个，沿圆周均布，所述圆形钮扣型电极设于两个法兰安装孔的中间部位。
所述圆形钮扣型电极的信号馈出采用SMA型高频宽带连接器。
本发明的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，能够进行真空室内束流位置测量的紧凑型检测器组件设计，该检测器组件能同时进行水平和垂直两个方向束流位置测量，并且纵向结构非常小。
本发明中，四个圆形钮扣型电极(1)呈轴对称型分布于真空室四周；钮扣电极的信号连接器为SMA型连接器；真空室外壁突出部分设计为准直靶座；真空室两端面设计为固定安装法兰，可以与同规格带法兰的真空室对接。
四个钮扣型检测电极采用60度/120度配位，避开法兰安装孔，真空室两端面直接设计为固定法兰。信号馈出采用SMA型高频宽带连接器。
本发明的技术效果是：
四个钮扣型检测电极采用60度/120度配位，有效避开法兰安装孔，同时，真空室两端面直接设计为固定法兰，使得检测器组件的纵向安装尺寸非常小；高频宽带的SMA型连接器的采用，能满足高频宽带信号的馈出的同时，能缩减占用组件面积，有利于组件纵向安装尺寸的进一步减小；真空室外壁设计有准直靶座，准直靶座可以用于确定束流位置检测器的旋转角度，利于减小束流的水平和垂直方向的位置的耦合。因此，该束流位置检测器组件特别适合于纵向安装尺寸有限的电子直线加速器、电子输运线和电子储存环中使用。
具体实施例：
在电子直线加速器和输运线中，束流位置测量是束流测量系统中重要的核心子系统，在加速器调试、运行和实验研究中发挥着重要作用。束流位置测量最常用的非拦截式测量方法是基于探测电极的束流位置测量，通常有静电探测电极、钮扣(Button)电极和条带(Stripline)电极等。电极型的束流位置检测带宽很宽，从几百MHz到几个GHz都可以，由一对电极或两对电极(在同时测量水平和垂直位置时)构成。
本实例的紧凑型束流位置检测器组件构成图如图1所示，其具体结构设计如图2所示，四个圆形钮扣型电极1呈轴对称型分布于真空室四周；真空室外壁突出部分设计为准直靶座2；真空室两端面设计为固定安装法兰3。
本实例的真空室材料采用STL304不锈钢，符合超高真空要求，即真空漏率小于2×10-11Pa.m3/S，极限真空度好于6.5×10-8Pa。真空室纵向安装长度为25mm，两端面为铜垫密封超高真空法兰3，规格为CF35，符合GB 6071.1-85，CF35-6个法兰孔为内螺纹通孔。
本实例的准直靶座2上的准直孔直径为6mm，深度5mm；上表面与真空室中心水平面的平行度好于0.01；准直靶座的上表面的粗糙度好于1.7μm。
本实例的探测电极1为扁圆形片，其直径为10mm，电极厚度为1.5mm，电极与真空壁的间隙为0.3mm；电极材料为Ti，馈通信号采用SMA型连接器，连接电极与SMA接头的导电材料为Ti；
四个探测电极为60度/120度配位，图1中A电极与真空室中心水平面的夹角为30度。
电极馈通材料与真空室壁之间采用陶瓷进行绝缘，绝缘阻抗大于108Ω@D.C.500V，击穿电压大于800VA.C.
本实例的仿真计算模型如图4所示，四个圆形钮扣型电极轴对称分布，60/120度配位，真空室直径35mm，电极直径10mm。
本实例的基于差比和计算方法的束流位置测量的MAPPING图结果如5所示，其中束流位置变化范围为±5mm。
截取束流位置变化范围±5mm的数据，进行进行差比和计算方法的线性拟合，束流位置测量的水平方向灵敏度为0.09248/mm，如图6所示，垂直方向灵敏度为0.05348/mm，如图7所示。
本实例的基于差比和计算方法的多项式拟合公式为：
当束流位置在-5mm至+5mm范围内变化是，水平方向束流位置拟合误差为-5.09μm～3.16μm，如图8所示；垂直方向束流位置拟合误差-7.85μm～7.77μm，如图9所示。
对于实施例公开的组件而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，其特征在于，包括真空室，所述真空室的侧壁设有凸起的准直靶座(2)，所述真空室的侧壁设有四个圆形钮扣型电极(1)，所述四个圆形钮扣型电极(1)以所述准直靶座(2)贯穿所述真空室中心的轴线为对称轴两两对称分布，对称轴同侧的两个圆形钮扣型电极(1)贯穿所述真空室中心的轴线之间的夹角为60度，以对称轴对称的两个圆形钮扣型电极(1)贯穿所述真空室中心的轴线之间的夹角为120度。
2.根据权利要求1所述的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，其特征在于，所述真空室的两端面为固定法兰(3)，所述固定法兰(3)上设有法兰安装孔，所述法兰安装孔为螺纹通孔(4)。
3.根据权利要求2所述的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，其特征在于，所述法兰安装孔有六个，沿圆周均布，所述圆形钮扣型电极(1)设于两个法兰安装孔的中间部位。
4.根据权利要求1、2或3所述的紧凑结构的钮扣型束流位置检测器组件，其特征在于，所述圆形钮扣型电极(1)的信号馈出采用SMA型高频宽带连接器。
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