CN109814148A - 一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，该系统包括电子直线加速器、一组由多个四极磁铁Ⅰ组成的四极磁铁组、一对二极磁铁、一对四极磁铁Ⅱ和待标定探测器。电子直线加速器与四极磁铁组之间设有薄靶；四极磁铁组与一对二极磁铁之间设有狭缝A；一对二极磁铁之间设有一对四极磁铁Ⅱ、狭缝B；一对四极磁铁Ⅱ与一对二极磁铁及狭缝B依次反对称放置组成选能偏转结构；四极磁铁组与待标定探测器之间依次设有狭缝A和选能偏转结构。本发明将加速器提供的电子束衰减至探测器可接受的通量范围内的准单能电子束，并且标定电子束的能量可调、通量可控，可用于航天探测器的电子束地面标定，从而填补国内探测器地面电子束标定高能区的空白。

Description

一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统
技术领域
本发明涉及一种电子束地面标定系统，尤其涉及一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统。
背景技术
随着人类对太空的探索，航天活动已成为当今世界科技发展的前沿领域，具有极强的基础性、前瞻性、创新性和带动性。它对应用空间独特资源开展空间研究、认识和保护地球、探索生命起源及宇宙形成和演化等都具有十分突出的作用。随着世界各国对空间探测和利用步伐的加强，中国在进一步开发和利用近地轨道空间的同时，也加快了深空探测的步伐，如月球和首次火星科学探测，这对航天器提出了长寿命和高可靠的要求。然而，空间粒子辐射环境除了是人类开发空间资源和认知空间科学的主要窗口外，还是诱导空间航天器在轨故障的主要因素之一。在空间粒子辐射环境中，高能带电粒子辐射环境的空间探测是各国科学探测卫星的重要任务之一，利用探测数据进行辐射环境研究是当今重大课题之一。高能电子由于具有极强的穿透本领且数目巨多，是仅次于质子最多的粒子，然而目前对这方面的研究工作却较少，因此，精确地测得高能电子的通量谱，对了解空间辐射环境和认知空间科学具有极强的重要意义。为了精确测量空间高能电子，需要对空间电子辐射探测器进行地面研制过程中的测试与定标，然而目前国内尚无高于2MeV的电子束标定装置，因此亟需研制空间高能电子辐射探测器定标实验装置。根据标定过程中使用的带电粒子来源不同，常用的地面探测器标定方法有宇宙射线法、放射源法以及加速器法。
宇宙射线分布广泛，极易获得，利用宇宙射线作为标定的粒子源，是地面实验室常用的一种标定方式。由于宇宙射线具有极强的穿透性，在需要利用多个探测器进行相互标定时具有非常明显的优势，比如探测器的效率标定。宇宙射线法的缺点：一方面射线源不是单能的，自身的能量发散较大；另一方面，地面附近单位面积的宇宙射线频率比较低，完成一次标定耗时较高。
放射源小巧轻便，且可提供多种类型及能量的射线，放射源法称为地面实验室最常用的一种标定方式。常用的放射源有α源（239Pu，241Am，242Cm等）、β源（90Sr，22Na，207Bi等）、γ源（60Co，137Cs）。放射源的优点是射线的产生速率比较高，实验室用的放射源一般可达到103~104Hz水平，标定速度比较快，且可以提供单能射线，标定精度较高。缺点是射线能量较低，一般不超过MeV，并且难以用于多个探测器的关联标定。
加速器法是指利用加速器产生特定能量和种类的粒子对探测器进行标定。原则上利用加速器可以根据标定的需要产生任意种类的粒子，可以覆盖的能量范围也非常广。唯一的缺点是现有电子加速器的束流远高于探测器标定所需的电子通量，无法直接用于地面标定。研制专用装置的成本特别高，国内尚未有该类型的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能量可调、通量可控的探测器的高能准单能电子束地面标定系统。
为解决上述问题，本发明所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：该系统包括电子直线加速器、一组由多个四极磁铁Ⅰ组成的四极磁铁组、一对二极磁铁、一对四极磁铁Ⅱ和待标定探测器；所述电子直线加速器与所述四极磁铁组之间设有薄靶；所述四极磁铁组与一对所述二极磁铁之间设有狭缝A；一对所述二极磁铁之间设有一对所述四极磁铁Ⅱ、狭缝B；一对所述四极磁铁Ⅱ与一对所述二极磁铁及所述狭缝B依次反对称放置组成选能偏转结构；所述四极磁铁组与所述待标定探测器之间依次设有所述狭缝A和所述选能偏转结构。
所述四极磁铁组是指由依次等距放置的多个所述四极磁铁Ⅰ组成。
所述四极磁铁Ⅰ或所述四极磁铁Ⅱ是指束流传输中采用的电四极磁铁或永磁四极磁铁。
所述电子直线加速器的能量范围为0~50MeV。
所述薄靶的厚度为0.1~2mm。
所述狭缝A的水平方向缝隙W1和竖直缝隙W2的宽度范围为0.1~5mm，水平方向偏移中心距离D1和竖直方向偏移中心距离D2范围为-10~10mm。
所述狭缝B的水平方向缝隙W的宽度范围为0.05~2mm，水平方向偏移中心距离D范围为-10~10mm。
如上所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统的标定方法，包括以下步骤：
⑴从电子直线加速器出射的电子束打薄靶，使透射电子束产生特定的能量歧离和角度分布；
⑵通过调节四极磁铁组中各个四极磁铁的磁场，从而控制所述四极磁铁组，使得透射后的电子束在狭缝A的位置，依照角度分布在水平和竖直方向展开；
⑶通过调节所述狭缝A的水平方向缝隙W1和竖直缝隙W2的宽度大小和水平方向偏移中心距离D1和竖直方向偏移中心距离D2的位置，选择通过指定角度范围的电子束；
⑷通过调节选能偏转结构中一对二极磁铁和一对四极磁铁Ⅱ的磁场，使得电子束按照指定路径无色散偏转，并通过调节狭缝B水平方向缝隙W的宽度大小和水平方向偏移中心距离D的位置，选择指定能量范围的电子束，最终传输到待标定探测器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用现有的电子直线加速器，将加速器提供的电子束衰减至探测器可接受的通量范围内的准单能电子束，并且标定电子束的能量可调、通量可控，标定效率高，可用于航天探测器的电子束地面标定，从而填补国内探测器地面电子束标定高能区的空白。
2、本发明中采用电子束打薄靶的方式，使透射电子束产生特定的能量歧离和角度分布，并利用四极磁铁组结合狭缝，实现角度的准确筛选，进而实现电子束通量控制；同时采用选能偏转结构，实现准单能偏转，并屏蔽加速器及打靶过程中产生的射线对待标定探测器的干扰。
3、本发明利用现有电子直线加速器，束流传输系统中采用的四极磁铁和二极磁铁均为通用的束流传输元件，通用型强、方案简洁、成本低，易于推广。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明狭缝A结构示意图。
图3为本发明狭缝B结构示意图。
图中：1-电子直线加速器；2-薄靶；31-四极磁铁Ⅰ；32-四极磁铁Ⅱ；4-狭缝A；5-二极磁铁；6-狭缝B；7-待标定探测器。
具体实施方式
如图1所示，一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，该系统包括电子直线加速器1、一组由多个四极磁铁Ⅰ31组成的四极磁铁组、一对二极磁铁5、一对四极磁铁Ⅱ32和待标定探测器7。
电子直线加速器1与四极磁铁组之间设有薄靶2；四极磁铁组与一对二极磁铁5之间设有狭缝A4；一对二极磁铁5之间设有一对四极磁铁Ⅱ32、狭缝B6；一对四极磁铁Ⅱ32与一对二极磁铁5及狭缝B6依次反对称放置组成选能偏转结构；四极磁铁组与待标定探测器7之间依次设有狭缝A4和选能偏转结构。
其中：四极磁铁组是指由依次等距放置的多个四极磁铁Ⅰ31组成。
四极磁铁Ⅰ31或四极磁铁Ⅱ32是指束流传输中采用的电四极磁铁或永磁四极磁铁。
电子直线加速器1的能量范围为0~50MeV。
薄靶2的厚度为0.1~2mm。
狭缝A4的水平方向缝隙W1和竖直缝隙W2的宽度范围为0.1~5mm，水平方向偏移中心距离D1和竖直方向偏移中心距离D2范围为-10~10mm（参见图2）。
狭缝B6的水平方向缝隙W的宽度范围为0.05~2mm，水平方向偏移中心距离D范围为-10~10mm（参见图3）。
一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统的标定方法，包括以下步骤：
⑴从电子直线加速器1出射的电子束打薄靶2，使透射电子束产生特定的能量歧离和角度分布；
⑵通过调节四极磁铁组中各个四极磁铁的磁场，从而控制四极磁铁组，使得透射后的电子束在狭缝A4的位置，依照角度分布在水平和竖直方向展开；
⑶通过调节狭缝A4的水平方向缝隙W1和竖直缝隙W2的宽度大小和水平方向偏移中心距离D1和竖直方向偏移中心距离D2的位置，选择通过指定角度范围的电子束；
⑷通过调节选能偏转结构中一对二极磁铁5和一对四极磁铁Ⅱ32的磁场，使得电子束按照指定路径无色散偏转，并通过调节狭缝B6水平方向缝隙W的宽度大小和水平方向偏移中心距离D的位置，选择指定能量范围的电子束。最终将电子直线加速器1提供的能量范围0~50MeV、宏脉冲束流毫安量级的强流脉冲电子束，衰减成指定能量、通量范围0~105cm-2/s的准单能电子束，传输到待标定探测器7，用于航天探测器的电子束地面标定。

Claims (8)

1.一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：该系统包括电子直线加速器（1）、一组由多个四极磁铁Ⅰ（31）组成的四极磁铁组、一对二极磁铁（5）、一对四极磁铁Ⅱ（32）和待标定探测器（7）；所述电子直线加速器（1）与所述四极磁铁组之间设有薄靶（2）；所述四极磁铁组与一对所述二极磁铁（5）之间设有狭缝A（4）；一对所述二极磁铁（5）之间设有一对所述四极磁铁Ⅱ（32）、狭缝B（6）；一对所述四极磁铁Ⅱ（32）与一对所述二极磁铁（5）及所述狭缝B（6）依次反对称放置组成选能偏转结构；所述四极磁铁组与所述待标定探测器（7）之间依次设有所述狭缝A（4）和所述选能偏转结构。
2.如权利要求1所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：所述四极磁铁组是指由依次等距放置的多个所述四极磁铁Ⅰ（31）组成。
3.如权利要求1所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：所述四极磁铁Ⅰ（31）或所述四极磁铁Ⅱ（32）是指束流传输中采用的电四极磁铁或永磁四极磁铁。
4.如权利要求1所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：所述电子直线加速器（1）的能量范围为0~50MeV。
5.如权利要求1所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：所述薄靶（2）的厚度为0.1~2mm。
6.如权利要求1所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：所述狭缝A（4）的水平方向缝隙W1和竖直缝隙W2的宽度范围为0.1~5mm，水平方向偏移中心距离D1和竖直方向偏移中心距离D2范围为-10~10mm。
7.如权利要求1所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统，其特征在于：所述狭缝B（6）的水平方向缝隙W的宽度范围为0.05~2mm，水平方向偏移中心距离D范围为-10~10mm。
8.如权利要求1所述的一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统的标定方法，包括以下步骤：
⑴从电子直线加速器（1）出射的电子束打薄靶（2），使透射电子束产生特定的能量歧离和角度分布；
⑵通过调节四极磁铁组中各个四极磁铁的磁场，从而控制所述四极磁铁组，使得透射后的电子束在狭缝A（4）的位置，依照角度分布在水平和竖直方向展开；
⑶通过调节所述狭缝A（4）的水平方向缝隙W1和竖直缝隙W2的宽度大小和水平方向偏移中心距离D1和竖直方向偏移中心距离D2的位置，选择通过指定角度范围的电子束；
⑷通过调节选能偏转结构中一对二极磁铁（5）和一对四极磁铁Ⅱ（32）的磁场，使得电子束按照指定路径无色散偏转，并通过调节狭缝B（6）水平方向缝隙W的宽度大小和水平方向偏移中心距离D的位置，选择指定能量范围的电子束，最终传输到待标定探测器（7）。
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