CN110337173B - 电子束聚焦装置 - Google Patents

Abstract

本示例实施例公开了一种电子束聚焦装置。所述电子束聚焦装置，包括：束流导轨，形成了供电子束通过束流通道；M个磁极组，安装在所述束流导轨上，且分布在所述束流通道的不同位置；所述M个磁极组中的m个磁极组活动安装在所述束流导轨上，通过调节所述磁极组在所述束流导轨上的位置，m为等于或小于所述M的正整数，M为不小于2的整数。

Description

电子束聚焦装置

技术领域

本示例涉及辐照加工技术领域，尤其涉及一种电子束聚焦装置。

背景技术

用于辐射加工的辐射源有两类，一类是放射性同位素如钴源，另一类是带电粒子加速器如电子加速器。电子加速器的优点是能量可控；电子束基本作用于被照射产品，利用效率高；没有放射性废源的处理问题；停机时不消耗电力；整个生产过程中除产生少量臭氧外，几乎不污染环境。因此电子加速器在辐射加工中有更多用户采用的趋势。

对于电子加速器中加速的电子束，在传输过程中其横向和纵向包络越大，束流损失越严重，束流的传输性能越差。在一些情况下一个电子束聚焦装置一旦生产完成，则该电子束聚焦装置就对电子束进行束流的性能参数就确定了，如此无法满足不同应用场景下的电子束的聚焦需求。

发明内容

有鉴于此，本示例实施例期望提供一种电子束聚焦装置。

本示例的技术方案是这样实现的：

一种电子束聚焦装置，包括：

束流导轨，形成了供电子束通过束流通道；

束流导轨，形成了供电子束通过束流通道；

M个磁极组，安装在所述束流导轨上，且分布在所述束流通道的不同位置；

所述M个磁极组中的m个磁极组活动安装在所述束流导轨上，通过调节所述磁极组在所述束流导轨上的位置，m为等于或小于所述M的正整数，M为不小于2的整数。

基于上述方案，所述M个磁极组，通过磁轭环安装在所述束流导轨上。

基于上述方案，所述磁轭环由多个磁轭连接而成，相邻两个磁轭之间的连接位置不同，所述磁轭环形成的环径不同。

基于上述方案，所述磁轭环为矩形环，包括第一磁轭组和第二磁轭组；

所述第一磁轭组包括两个磁轭，对应于所述矩形环的一组对边，所述第二磁轭组包括两个磁轭，对应于所述矩形环的另一组对边；

所述第一磁轭组能够沿所述第二磁轭组滑动。

基于上述方案，，所述磁轭的材质包括：DT4。

基于上述方案，所述M个磁极组包括：

第一磁极组，用于对所述电子束进行所述第一方向的一次聚焦；

第二磁极组，用于对所述电子束进行所述第二方向的聚焦；

第三磁极组，用于对所述电子束进行所述第一方向的二次聚焦。

本示例实施例提供的电子束聚焦装置，M个磁极组中的m个是活动安装在束流导轨上的，如此，这m个磁极组之间的间距可以相互调节，和/或，一个磁极组内的各磁体之间的间距也可以相互调节，从而会使得电子束聚焦装置的束流通道的漂流长度和/或束流通道的横截面积等可以调整，从而实现在电子束聚焦装置出厂之后的性能参数的调整，从而满足不同的电子束的聚焦需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的第一种电子束聚焦装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一种电子束聚焦装置的侧面结构示意图；

图3至图5为图2所示的电子束聚焦装置的D-D面的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电子束聚焦装置的β参数的效果示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本示例的技术方案做进一步的详细阐述。

如图1至图5所示，本实施例提供一种电子束聚焦装置，包括：

束流导轨，形成了供电子束通过束流通道；

M个磁极组，安装在所述束流导轨上，且分布在所述束流通道的不同位置；

所述M个磁极组中的m个磁极组活动安装在所述束流导轨上，通过调节所述磁极组在所述束流导轨上的位置，m为等于或小于所述M的正整数，M为不小于2的整数。

在图1中展示有三个通过磁轭环安装在束流导轨上的磁极组；磁轭环上设置有通孔，束流导轨的外表面设置有螺纹，通过调节位于束流导轨上的螺母的位置，从而使得磁轭环安装在束流导轨的不同位置，从而调节磁极组在束流导轨上的位置。

本实施例提供的所述电子束聚焦装置可以用于辐照加工系统中。若该电子束聚焦装置包含在用于辐照加工系统中，将位于电子加速器的后端，并位于辐射加工装置的前端。电子加速器产生所述电子束，通过所述电子束聚焦装置形成的束流通道的聚焦之后，均匀的达到辐射加工装置的加工产品上。

在本实施例中，所述束流导轨可为多个，分布在所述束流通道的两侧，所述束流导轨的分布方向与所述束流通道的延展方向一致。

例如，电子束从束流通道的第一端向束流通道的第二端运动。所述束流导轨的分布方向也是从所述第一端向所述第二端延伸。

所述电子束是由电子构成，电子本身是带电粒子。

所述磁极组会形成磁场，所述带电粒子在磁场中运动时会受到磁场力的作用。在本实施例中，利用M个磁极组对电子束施加磁场力，通过磁场力的约束削弱电子束的散焦效果，使得电子束聚焦。

在本实施例中，所述磁极组包括多个磁体；这些磁体相互作用形成聚焦所述电子束的磁场。

在本实施例中，所述M可为任意大于2的正整数。在一些情况下，M可为奇数，M也可以为偶数。第2n个磁极组对电子束在第一方向进行聚焦，实现第一方向上的束流，第2n+1个磁极组对电子束在第二方向上进行聚焦，实现第二方向上的束流。n为自然数。所述第一方向和第二方向相互垂直。总之，相邻两个磁极组中的前一个磁极组在第一方向上对电子束进行聚焦；则后一个磁极组在第二方向上进行电子束进行聚焦。

在本实施例中，所述M个磁极组中的部分或者全部活动安装在所述束流导轨上，如此，可以调整活动安装在所述束流导轨上的磁极组之前的间距，通过间距的调整，即便电子束聚焦装置在完成制作之后，还可以调整电子束聚焦装置的至少部分参数，例如，磁极组之间的间距，而通过磁极组之间的间距调整，一方面，可以使得电子束在所述束流通道的不同位置进行基于磁极组形成的磁场的聚焦(即束流)；另一方面，还可以使得首个磁极组和最后一个磁极组之间的距离发生变化，从而调整电子束被束流的漂流空间的长度，从而满足不同电子束的束流需求；具有使用范围广及用户使用满意度高的特点。

在一些实施例中，所述M可为奇数，则所述磁极组为奇数组，分布在所述束流通道的不同位置，用于从至少两个方向对所述电子束进行聚焦。可选地，这两个方向相互垂直。

在本实施例中，磁极组有奇数个，相对于仅采用2个磁极组进行聚焦时，后一个磁极组在对电子束聚焦的过程中，可能会使得电子束在前一个磁极组的聚焦方向散焦的负面影响，不实施例中会后一个对电子束不同方向上聚焦的次级组再次进行聚焦，如此，可以减少对电子束进行一个方向聚焦时度另一个方向产生的负面影响，从而使得通过包含有2n+1个磁极组的电子束聚焦装置，具有电子束聚焦效果好，形成电子束的束斑在第一方向和第二方向的尺寸都能够达到预期的特点。

在本实施例中的n的取值可以为任意正整数，具体可选为：n的取值为1到5之间，进一步可选地，n的取值可为1至3。

若n为1，则所述电子束聚焦装置具有3个磁极组，这3个磁极组间隔分布在束流通道的不同位置，分别对所述电子束进行对应方向上的束流。

在一些实施例中，第s个磁极组和第s+2个磁极组为对电子束在同一个方向上进行聚焦的磁极组，此处的s为小于n的正整数。为了使得第s+2个磁极组对第s+1个磁极组对电子束在另一个方向的聚焦效果，第s+2个磁极组所形成的磁场强度可以弱于所述第s个磁极组或第s+1个磁极组所形成的磁场强度。

当然在另一些实施例中，第s个磁极组和第s+2个磁极组所形成的磁场强度可相同，或，第s个磁极组和第s+1个磁极组所形成的磁场强度同样可相同。

可选地，所述2n+1个磁极组包括：

第一磁极组，用于对所述电子束进行所述第一方向的一次聚焦；

第二磁极组，用于对所述电子束进行所述第二方向的聚焦；

第三磁极组，用于对所述电子束进行所述第一方向的二次聚焦。

在本实施例中，n等于1，则磁极组的总个数为3，这三个磁极组分别为为所述第一磁极组、第二磁极组及第三磁极组。第一磁极组和第三磁极组为第奇数个磁极组，第二磁极组为第偶数个磁极组。第三磁极组和第一磁极组对电子束进行聚焦的方向相同，与第二磁极进行聚焦的反向相反。

在本实施例中，第一磁极组对电子束进行第一方向一次聚焦后，第二磁极组在对电子束进行第二方向聚焦时，可能会使得电子束在第一方向有散焦发生，为了进一步确保电子束在第一方向上足够的聚焦，会利用第三磁极组对电子束的第一方向进行二次聚焦，从而至少部分抵消第二磁极组对电子束在第一方向产生的聚焦负面影响。

例如，所述2n+1个磁极组的至少部分磁极组活动安装在所述束流导轨上，任意相邻两个所述磁极组之间的间距可调。

在本实施例中，所有或部分相邻两个磁极组之间的间距是可调的，如此，若磁极组的个数一旦确定，通过相邻两个磁极组之间的间距可调，可以使得第一个磁极组和最后一个磁极组之间的间距可调，如此，使得磁极组所形成的电子束的漂流空间可调，从而满足不同的电子束漂流空间的需求。

在本实施例中，所述磁极组活动安装在所述束流导轨上可包括以下至少之一：

磁极组通过卡和结构安装在所述束流导轨上，该卡和结构具有第一状态和第二状态，在第一状态下，该卡和结构将对应的磁极组固定在束流导轨上，在第二状态下，该卡和结构与所述束流导轨之间至少有一个自由端，此时，磁极组和卡和结构作为一个整体可以在束流导轨上移动，例如，滑动。

磁极组通过螺钉活动安装在束流导轨上，在束流导轨的不同位置设置有供所述螺钉拧入拧出的螺孔，通过螺钉与不同螺孔的螺纹咬合，可以调整磁极组在所述束流导轨上的位置，从而实现相邻两个磁极组之间间距的调整。

在一些实施例中，M个磁极组中所有的磁极组都活动安装在所述束流导轨上，任意一个磁极组在所述束流导轨上的位置都是可条。

在另一些实施例中，M个磁极组中仅有部分磁极组是活动安装在束流导轨上，例如，第1个磁极组固定安装在束流导轨上，剩余M-1个磁极组活动安装束流导轨上。第1个磁极组固定安装在束流导轨的第一端，该第一端可为束流导轨与电子加速器连接的部分，如此，第1个磁极组的固定安装，有利于束流导轨和电子家属器之间连接的稳定性。

在另一些实施例中，所述奇数个磁极组中的第二磁极组和/或所述第三磁极组活动安装在所述束流导轨上；

所述第二磁极组在所述束流导轨上的位置不同，所述第二磁极组与所述2n+1个磁极组中第一磁极组之间的第一间距不同；

和/或，

所述第三磁极组在所述束流导轨上的位置不同，所述第三磁极组与所述第二磁极组之间的第二间距不同。

在M＝3时，所述M个磁极组包括：第一磁极组，用于对所述电子束进行所述第一方向的一次聚焦；第二磁极组，用于对所述电子束进行所述第二方向的聚焦；第三磁极组，用于对所述电子束进行所述第一方向的二次聚焦

此时，三个磁极组中第一磁极组可固定安装在束流导轨上，而第二磁极组和第三磁极组活动安装在束流导轨上，则第二磁极组与第一磁极组之间的第一间距可调，第三磁极组与第二磁极组之间的第二间距也可以调。

如此，所述M个磁极组中第一个磁极组与最后一个磁极组之间的间距不同，所述电子束在所述束流通道中的漂移空间的长度不同。

在本实施例中，所述磁极组为四极磁极组。

所述四级磁极组为包含有4个磁体的磁极组。

所述磁体包括但不限于：电磁铁和永磁体。

在一些实施例中，所述四极磁极组由永磁体构成。由于采用永磁铁，如此，不用向磁极组充电也可以实现磁场的形成，与此同时，减少通电引入的导线和供电消耗。

例如，所述四级磁极组包括：

第一磁体，将N极朝向所述束流通道的中心位置；

第二磁体，与所述第一磁体相邻，将S极朝向所述束流通道的中心位置；

第三磁体，与所述第二磁体相邻，且第二磁体位于第一磁体和第三磁体之间，将N极朝向所述束流通道的中心位置；

第四磁铁，分别与所述第三磁体和所述第一磁体相邻，且位于第三磁体和第一磁体之间，将S极朝向所述束流通道的中心位置。

在一些实施例中，所述永磁体的材质为汝铁硼。

在一些实施例中，所述M磁极组的永磁铁通过磁轭环安装在所述束流导轨上。

磁轭环是由一个或多个磁轭构成的。在本实施例中，所述磁轭环可为圆环或矩形环等。当然在另一些实施例中，所述磁轭环还可为等边六变形环。

在一些实施例中，构成所述磁轭环的磁轭的材质包括但不限于DT4。

在一些实施例中，所述磁轭环由多个磁轭连接而成，相邻两个磁轭之间的连接位置不同，所述磁轭环形成的环径不同。

在磁轭上设置有多个与相邻磁轭连接的位置。调节相邻两个磁轭之间的连接位置，就可以使得磁轭环的环径发生变化；如此，使得位于同一个磁轭环上的不同磁体之间的间距可条，从而调整所述束流通道中可供电子束穿过的横截面积。

所述磁轭环的形状有多种，包括但不限于以下至少之一：矩形环、圆环、等边六边形环。

在一些实施例中，所述磁轭环为矩形环，包括第一磁轭组和第二磁轭组；

所述第一磁轭组包括两个磁轭，对应于所述矩形环的一组对边，所述第二磁轭组包括两个磁轭，对应于所述矩形环的另一组对边；

所述第一磁轭组能够沿所述第二磁轭组滑动。

例如，所矩形环由4个直线型的磁轭构成。矩形环包括两个磁轭组，所述磁轭组由所述矩形环的一组对边所对应的磁轭构成。所述矩形环的至少一个磁轭组是可活动的，从而调节与另一个磁轭组的连接位置，以调节所述束流通道的横截面积。

如图1至图6所示，三个磁极组通过矩形的磁轭环固定在束流导轨上；在图2中展示有磁轭环Ⅰ、磁轭环Ⅱ及磁轭环Ⅲ。

图3所示的固定在磁轭环Ⅰ的第一个四极磁组，包括：磁铁1、磁铁2、磁铁3及磁铁4。

图4所示的固定在磁轭环Ⅱ的第二个四极磁组，包括：磁铁5、磁铁6、磁铁7及磁铁8。

图5所示的固定在磁轭环Ⅲ的第三个四极磁组，包括：磁铁9、磁铁10、磁铁11及磁铁12。

在磁轭环上设置有通孔，该通孔可以供束流导轨穿过，然后利用螺母将磁轭环固定在束流导轨的特定位置，例如，如图3所示的调节螺钉13、调节螺钉14、调节螺钉5及调节螺钉16将磁轭环Ⅰ固定在束流导轨上。如图5所示，磁轭环Ⅲ设置有通孔17、通孔18、通孔19及通孔20将磁轭环Ⅲ固定在束流导轨上。

以下结合上述任意实施例提供两个具体示例：

示例1：

本示例提供一种辐照用电子加速器所加速电子束的聚焦装置，通过不同参数的三组永磁铁和漂移空间组合，以加强辐照电子加速器束流聚焦能力，使束流包络变小，束斑尺寸变小。

一种电子束聚焦装置，包含三组永磁铁。

每一组永磁铁磁极均为四个，称为四极磁铁。

第一组四极磁铁的主要功能是将电子束进行横向X方向聚焦；

第二组四极磁铁的主要功能是将电子书进行横向Y方向聚焦；

第三组磁铁的功能是将电子束再次进行横向X方向聚焦，由于四极磁铁的聚焦原理，第二组四极磁铁对电子束在横向Y方向进行聚焦时，必然会对束流横向X方向起散焦作用，因此需要对电子束的横向X方向第二次聚焦以弥补第二组磁铁对束线横向的散焦作用，从而使三组永磁铁实现同时对束流横向两个方向上的聚焦，使束斑尺寸变小。

通过这三组磁铁所形成磁场和漂移空间长度的适当组合，实现电子加速器束流在横向X和Y方向上的同时聚焦。

所述磁极采用材质为汝铁硼。

所述磁轭采用材质为DT4。

本示例中使用三组永磁铁，没有电能消耗，结构简单，造价低，而且排除了电源设备故障带来的附加成本以及低的运行效率。此束流聚焦系统的聚焦性能好，所获得的束流品质优良。

示例2：

本示例是用于辐照加工工业的电子束线聚焦装置，本装置包含三组永磁铁，第一组永磁铁的四个磁极1～4固定于磁轭Ⅰ上，磁轭Ⅰ固定在导轨上，其作用为对射入的束线进行横向X方向聚焦；第二组永磁铁的四个磁极5～8固定于磁轭Ⅱ上，磁轭Ⅱ可以通过调节螺钉13～16并且配合穿入通孔17～20的导轨进行该组磁铁位置的前后调节，其作用为对射入的束线进行横向Y方向聚焦；第三组永磁铁的四个磁极9～12固定于磁轭Ⅲ上，磁轭Ⅲ同样可以通过调节螺钉13～16并且配合穿入通孔17～20的导轨进行四极磁铁位置的前后调节。

调节第二和第三两组永磁铁的位置，可以实现对束流漂移空间长度的改变；通过不同长度的漂移空间与永磁铁位置的组合以实现对不同参数电子束流的聚焦。

图3为本示例应用到能量为发射度为的电子束流时，在束流通过本装置时，其β参数的变化情况，束流β参数为束流传输过程中振幅的包络线，可以反应束线的聚焦性能；可以看出，本示例通过三组永磁铁和漂移空间的组合，在束流横向X方向和Y方向均实现了聚焦。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本示例各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本示例的具体实施方式，但本示例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示例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本示例的保护范围之内。因此，本示例的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种电子束聚焦装置，其特征在于，所述电子束聚焦装置应用于辐照工业加工领域，包括：

束流导轨，形成了供电子束通过束流通道；

M个磁极组，所述磁极组由永磁体构成，通过磁轭环安装在所述束流导轨上，且分布在所述束流通道的不同位置；

所述M个磁极组中的m个磁极组活动安装在所述束流导轨上，通过调节所述磁极组在所述束流导轨上的位置，m为等于或小于M的正整数，M为不小于2的整数；

其中，所述磁轭环为矩形环，包括第一磁轭组和第二磁轭组；所述第一磁轭组包括两个磁轭，对应于所述矩形环的一组对边，所述第二磁轭组包括两个磁轭，对应于所述矩形环的另一组对边；所述第一磁轭组能够沿所述第二磁轭组滑动。

2.根据权利要求1所述的电子束聚焦装置，其特征在于，磁轭的材质包括：DT4。

3.根据权利要求1所述的电子束聚焦装置，其特征在于，

所述M个磁极组包括：

第一磁极组，用于对所述电子束进行第一方向的一次聚焦；

第二磁极组，用于对所述电子束进行第二方向的聚焦；

第三磁极组，用于对所述电子束进行所述第一方向的二次聚焦。

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