CN111175806B - 一种束流散射靶装置和束流能散分析器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种束流散射靶装置和束流能散分析器。所述束流散射靶装置包括限流板和散射靶，所述散射靶与所述限流板呈一斜角设置，其中，斜角与探测器的位置有关，假设散射靶中心到探测器中心的连线与束流之间的夹角为A，则所述斜角等于A的一半；所述限流板为钽铜复合板，所述限流板上设有限流孔，所述限流板在所述限流孔周围设有散热通道；所述散射靶的入射面中心与所述限流板的限流孔中心线同轴。本发明能有效降低束流在靶内的能量歧离，提高了装置的能量分辨率；本发明的结构，有效提高了靶系统的耐热性，从而可以测量更高功率的束流；粒子探测器具有较好耐辐照性能和良好加工性，导热性良好，机械性能好，抗折强度高。

Description

一种束流散射靶装置和束流能散分析器

技术领域

本发明涉及束流诊断技术领域，具体涉及一种束流散射靶装置和束流能散分析器。

背景技术

束流诊断系统作为质子重离子加速器的眼睛是其重要系统之一，通过束流诊断系统对束流参数的测量来监视束流的传输和测定加速器的性能及参数，是实现机器稳定运行和各部分之间匹配的必要手段。国内外加速器实验室都非常重视束流诊断系统及其应用研究。其中，对束流能散的高精度测量是束流诊断系统最重要的任务之一，而能散也是衡量束流品质的一个重要参数。通过对束流能散的精确测量，可以分析不同能散下的入射束流在加速器的加速段和聚焦段对聚焦焦斑的影响。在离子束流聚焦的过程中，较大的束流能散会导致束流最小焦斑半径很大，因此准确测量能散也有助于调节设备参数，减小束流最小焦斑半径。此外，准确测量能散还可以分析束团在漂移空间中的纵向变化对束流损失的影响。因此，准确测量束流能散可以为机器的调试和运行提供指导，为各部分之间的匹配提供可靠依据，为物理模拟计算提供验证依据。

对现有技术文献检索发现，飞行时间法是测量束流能量及能散的好方法，距离越长测量精度越高，但是具有空间需求大的缺点，无法用于混合束的粒子鉴别；磁谱仪也可以用来测量束流能量及能散，它的能量分辨率及精度很高，但是装置体积大，造价昂贵，而且探测立体角小，能采用的源面积也很小(一般小于1cm2)，往往不能一次测出全谱，增大了测量的时间成本，无法用于速度v和质荷比(质量数比带电荷数)A/q相同的混合束的粒子鉴别。

而混合束的粒子鉴别和定量分析是束流能量及能散测量装置的重要任务之一，可以辅助粒子加速器制备鸡尾酒杯式的混合束流，更好地满足核材料多束辐照损伤实验的要求。通过文献调研发现，虽有一些测量束流能量及能散分布的装置，可以对混合束进行粒子鉴别和定量分析，但是它们无法用于强流束的能散测量，而且所用的硅探测器动态范围较小(小于10⁴个粒子/秒)，具有测量时间长等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种质子重离子束流能散分析器，以能够测量更高流强的束流能散，且使得测量时间短，节省束流资源。

本发明提出一种束流散射靶装置，所述束流散射靶装置包括限流板和散射靶，所述散射靶与所述限流板呈一斜角设置。其中，斜角与探测器的位置有关，假设散射靶中心到探测器中心的连线与束流之间的夹角为A，则所述斜角等于A的一半。

所述限流板为钽铜复合板，所述限流板上设有限流孔，所述限流板在所述限流孔周围设有散热通道；

所述散射靶的入射面中心与所述限流板的限流孔中心线同轴。

本发明上述技术方案，使得质子重离子束流能散分析器分析束流参数时，可以承受更大强度的束流轰击，能更准确地测量质子重离子束流的能散，并可对混合束流进行精确的粒子鉴别和定量分析，采用了无衬底薄靶结构，有效降低了束流在靶内的能量歧离，提高了装置的能量分辨率；采用了钽铜复合板结构和散热结构，有效提高了靶系统的耐热性，从而可以测量更高功率的束流。

更具体地，所述限流板的入射侧为钽板，射出侧为铜板，所述限流孔的出口方向呈喇叭状。

根据本发明的一种实施方式，所述散射靶通过楔子与所述限流板相连。

根据本发明的一种实施方式，所述散射靶为金靶，厚度为40nm-100nm。

根据本发明的一种实施方式，所述散热通道为水冷通道，所述限流板还设有水冷入口和水冷出口，所述限流板内设有所述水冷通道，所述水冷通道两端分别连接所述水冷入口和水冷出口。

本发明还提出一种束流能散分析器，所述束流能散分析器包括探测器系统和散射靶系统，所述散射靶系统包括所述束流散射靶装置，所述探测器系统对经所述束流散射靶装置散射的束流进行分析。

根据本发明的一种实施方式，所述探测器系统包括粒子探测器、前置放大器和多道分析仪，所述粒子探测器与所述前置放大器相连，所述粒子探测器位于真空环境中，表面垂直于被测粒子的入射方向放置，所述前置放大器置于大气中，所述前置放大器与所述多道分析仪连接。

进一步地，所述散射靶系统还包括准直器，所述准直器与所述散射靶间隔设置，所述准直器设有准直孔，所述准直孔与所述散射靶的中心点、所述粒子探测器的中心点三点一线设置。

根据本发明的一种实施方式，所述粒子探测器通过带法兰的信号馈通与所述前置放大器相连，所述法兰为真空法兰，所述粒子探测器处于所述真空法兰相连的真空腔室内，所述准直器位于所述真空腔室外粒子入射的线路上，所述粒子探测器的表面与所述准直器的表面平行。

根据本发明的一种实施方式，所述真空法兰通过转接法兰与驱动装置相连，所述转接法兰一面连接所述真空腔室，另一面连接驱动装置；所述转接法兰上设有支撑筒，以支撑所述束流散射靶装置；所述粒子探测器的基板材质为高温陶瓷。

本发明质子重离子束流能散分析器，其通过束流与拦截式束流能散分析器的散射靶相互作用使束流粒子发散，在固定角度用粒子探测器测量被散射的粒子，生成的电信号通过信号馈通引出至前置放大器放大，然后经过多道分析仪处理，最终得到束流的能量分布信息，其可以承受高强度的束流轰击，能更准确地测量质子重离子束流的能散，并能对混合束流进行精确地粒子鉴别和定量分析，具有结构紧凑，易于加工，易于操作控制，后续数据获取系统简单等优点，从而有效降低了成本，采用了无衬底薄靶结构，有效降低了束流在靶内的能量歧离，提高了装置的能量分辨率；采用了钽铜复合板结构和散热结构，有效提高了靶系统的耐热性，从而可以测量更高功率的束流；粒子探测器基板采用高温陶瓷，具有较好耐辐照性能和良好的加工性，导热性良好，机械性能好，抗折强度高。

附图说明

图1为本发明一实施例能散分析器结构示意图；

图2为本发明一实施例能散分析器结构剖面示意图；

图3为本发明一实施例去除驱动装置的能散分析器头部结构示意图；

图4为本发明一实施例能散分析器头部结构剖视示意图；

图5为本发明一实施例带水冷的钽铜复合板结构剖视示意图；

图6是本发明一实施例在线束流测试系统框图；

图7是本发明一实施例的总体设计路线图；

图8为本发明一实施例在混合束流(H₂ ⁺&He₂ ⁺)能量为0.5MeV/u、流强为200uA时的在束实测结果图；

图9为本发明一实施例能散测量时束流线路示意图；

图10为本发明一实施例能散测量时束流线路及部分元件放大结构示意图；

图11为本发明一实施例限流板及散射靶结构示意图；

附图标号：

1.粒子探测器；2.前置放大器；3.多道分析仪；4.信号馈通；5.限流板；51.钽板；52.铜板；53散热通道；54水冷入口；55水冷出口；6.散射靶；7.准直器；8.活套法兰；9.驱动装置；10.限流板固定孔；11.双SMA陶瓷高真空法兰；12.转接法兰；13.限流孔；14.准直孔15.支撑筒；16.射频电缆；17.进水管；18.出水管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1所示，本发明拟提出一种质子重离子束流能散分析器，其通过束流与拦截式束流能散分析器的散射靶相互作用使束流粒子发散，在固定角度用粒子探测器测量被散射的粒子，生成的电信号通过信号馈通引出至前置放大器放大，然后经过多道分析仪处理，最终得到束流的能量分布信息，其可以承受高强度的束流轰击，能更准确地测量质子重离子束流的能散，并对混合束流进行精确地粒子鉴别和定量分析。束流能散分析器主要包括探测器系统和散射靶系统，散射靶系统又主要包括束流散射靶装置。

如图2所示，本发明提出一种束流散射靶装置，所述束流散射靶装置主要包括限流板5和散射靶6，所述散射靶6与所述限流板5呈一斜角设置，其中，斜角与探测器的位置有关，假设散射靶中心到探测器中心的连线与束流之间的夹角为A，则所述斜角等于A的一半。

所述限流板5为钽铜复合板，如图4、9、10所示，所述限流板5上设有限流孔13。

如图5所示，所述限流板5在所述限流孔13周围设有散热通道。散热通道的方式与形状可不受限于图示方式。限流板5上还设有限流板固定孔10。

如图10所示，所述散射靶6的入射面中心与所述限流板5的限流孔中心线同轴。

本发明上述技术方案，使得质子重离子束流能散分析器分析束流参数时，可以承受更高强度的束流轰击，能更准确地测量质子重离子束流的能散，并可对混合束流进行精确的粒子鉴别和定量分析，采用了无衬底薄靶结构，有效降低了束流在靶内的能量歧离，提高了装置的能量分辨率；采用了钽铜复合板结构和散热结构，钽板的熔点较高，可以用来阻挡束流，铜板导热性能较好，可以将热量尽快传导出去，二者配合效果极好，有效提高了靶系统的耐热性，从而可以测量更高功率的束流。

在能散分析器工作时，大部分束流会打在钽铜复合板上，使钽铜复合板升温，如果不将热量带走就会熔化钽铜复合板，所以在钽铜复合板内部设置了散热通道，可以用液体如水将热量带走，散热通道的进口和出口分别与进水管和出水管相连。

本发明的散热结构也可不限于上述方式，可以设置多组散热进出管道，分别与限流板内的散热通道连接。

如图10所示，更具体地，所述限流板5的入射侧为钽板51，射出侧为铜板52，所述限流孔13的出口方向呈喇叭状。

如图3所示，根据本发明的一种实施方式，所述散射靶6通过楔子与所述限流板5相连。

根据本发明的一种实施方式，所述散射靶6为金靶，厚度为40nm-100nm。

根据本发明的一种实施方式，所述散射靶为纯金薄靶。

如图5所示，根据本发明的一种实施方式，所述散热通道53为水冷通道。所述限流板5还设有水冷入口54和水冷出口55(图3)，所述限流板5内设有所述水冷通道，所述水冷通道53两端分别连接所述水冷入口54和水冷出口55。

根据本发明的一种实施方式，散射靶系统的水冷管设置有两个，两个水冷管分别与钽铜复合板背面的两个水路接口相连，水从其中一个水冷管流入，通过钽铜复合板热交换后从另一个水冷管流出。

根据本发明的一种实施方式，散射靶系统的钽铜复合板(限流板)采用电子束焊接，设置在散射靶6的正面，钽铜复合板上设置有一个直径0.1-0.8mm的限流孔13，孔中心位于束流前进方向的几何中心线上，钽铜复合板背面以限流孔为中心呈锥形扩散；所述的散射靶6为无衬底靶，即一端悬空，一端固定。散射靶6的厚度40nm-100nm，一端的靶架通过一个楔子与钽铜复合板相连，用沉头螺丝固定，散射靶6的正面(入射面)中心与钽铜复合板的限流孔13同轴，都位于束流传输的几何中心线上。

散射靶6是厚度在40nm-100nm之间的片状金箔，直径在2mm-10mm之间，束流粒子将会穿过限流孔13射入金箔中心，然后从金箔背面以各种角度射出。本发明中所述无衬底靶是指非常薄的金箔，是悬空的，中心的部分只有金箔本身，没有衬底(铁片)，相当于将金箔贴在一个有洞的铁片上，洞的直径可以在2mm-10mm之间，只要比限流孔大就可以，以穿过束流。

从散射靶穿出来的束流粒子会射向各个方向，全部散开，不同方向(角度)的粒子所携带的能量不同，我们只需测量一个固定方向(特定角度)上的粒子能量，也就是在一个特定角度上摆放粒子探测器。

大部分束流会被钽铜复合板阻挡，只有束流中心的部分粒子可以穿过限流孔，根据本发明的一种实施方式，限流孔在钽上的直径是0.1-0.8mm，限流孔在铜上呈发散状的锥形，用于降低束流粒子在孔道内的弹射概率。

本发明还提出一种束流能散分析器，所述束流能散分析器包括探测器系统和散射靶系统，所述散射靶系统包括所述束流散射靶装置，所述探测器系统对经所述束流散射靶装置散射的束流进行分析。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，限流板5通过活套法兰8连接驱动装置9，活套法兰8和限流板5之间设置有水冷入口54和水冷出口55。在驱动装置9这侧还设有进水管17和出水管18，分别连接限流板5的水冷入口54和水冷出口55，如图3所示。

驱动装置9是一套由伺服电机控制的机械运动装置，作用是将散射靶装置推送到束流中心，进行能散测量。当不需要测量时，驱动装置会将散射靶装置拉离束流中心，让束流继续向前传输。该装置结构可采用现有技术手段实现，因此该处不再赘述。

散热液体也可以是除了水以外的其他冷却用液体。

进一步地，如图1、2、4所示，所述散射靶系统还包括准直器7，所述准直器7与所述散射靶6间隔设置，所述准直器7设有准直孔14，如图3所示。

根据本发明的一种实施方式，准直器7的材料为不锈钢，通过不锈钢螺丝固定在所述的转接法兰12的CF200法兰内表面上，准直器7的表面与粒子探测器1的表面平行，准直孔14的直径为3-5mm；粒子探测器1的有效面积为3*3mm-10*10mm，其中心点与散射靶6的中心点、准直孔14的中心点三点一线。

如图1、2、4所示，根据本发明的一种实施方式，所述探测器系统包括粒子探测器1、前置放大器2和多道分析仪3，所述粒子探测器1与所述前置放大器2相连，所述粒子探测器1位于真空环境中，表面垂直于被测粒子的入射方向放置，所述前置放大器2置于大气中，所述前置放大器2与所述多道分析仪3连接。

如图2、3所示，根据本发明的一种实施方式，所述粒子探测器1通过带法兰11的信号馈通4与所述前置放大器2相连，所述法兰11为真空法兰，所述粒子探测器1处于所述真空法兰相连的真空腔室11内，所述准直器7位于所述真空腔室11外粒子入射的线路上，所述粒子探测器1的表面与所述准直器7的表面平行。

如图2、3、4所示，根据本发明的一种实施方式，所述探测器系统的信号馈通4焊接在CF35的法兰11上，为双SMA陶瓷高真空法兰(是一种商业产品，法兰内外两侧的信号连接头都是SMA类型)，其通过转接法兰12与驱动装置9相连，转接法兰12为CF200转CF35的不锈钢刀口法兰，其中CF200法兰一面连接真空腔室11，一面连接驱动装置9，CF35法兰11连接双SMA陶瓷高真空法兰，CF35法兰面的中垂线与散射靶6的中心相交。束流粒子穿过限流孔后，会与靶(金箔)相互作用并穿透出来，探测器只探测沿红线方向飞过来的粒子。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式，所述法兰11通过转接法兰12与驱动装置9相连，所述转接法兰12一面连接所述真空腔室11，另一面连接驱动装置9。

所述转接法兰11上设有支撑筒15，以支撑所述束流散射靶装置。

所述粒子探测器1的基板材质为高温陶瓷。

根据本发明的一种实施方式，粒子探测器1为金刚石探测器。

粒子探测器包括探测介质(金刚石)和封装外壳(基板)。粒子射入探测介质后产生信号，然后信号再通过基板上的电路导出来。

通常，探测器所使用的环境较为苛刻，温度较高，普通的电路板材质不耐高温，所以采用耐高温的陶瓷材料作为基板材质。

所述探测器系统还包括为前置放大器供电的低压电源、为粒子探测器提供偏置电压的偏置电源。

本发明的束流能散分析器工作原理及过程如下：

束流粒子垂直射向限流板，位于束流中心的粒子穿过限流孔打在散射靶(金箔)上，其它粒子被限流板阻挡；

打在散射靶上的粒子与靶原子核发生卢瑟福散射(核弹性碰撞)，使束流粒子向各个方向发射，不同的方向(角度)对应不同的能量；

在图中所示的位置放置有准直器，用粒子探测器测量穿过准直器的粒子能量，角度取决于机械空间；

最后，用多道分析器统计大量粒子的能量，形成能谱图，对能谱图进行拟合得到能散值，再扣除系统误差后就能得到束流的能散值。

需要说明的是，本发明中“鸡尾酒杯式混合束流”，是指束流的形状，因混合束束流是一团一团的，前一团较小，后一团较大，依次连接，“大-小-大”的形状看起来像一个鸡尾酒杯一样，而大小两团不一样的束流，它们的类型是不一样的。

本发明中的能散分析器基于粒子探测器研制，可以测量单个粒子的能量。混合束流中的不同粒子一般需要相同或相近的质荷比(质量数比带电荷数)，才能在单个加速腔中一起加速，否则加速后的能量(每核子能量)不一致，那么这些束流粒子就会在之后的输运线上损失掉，无法维持混合束的状态。

在质子重离子加速器领域，产生强流高功率束流是未来的一大趋势，而强流高功率就意味着束流可以很轻易地打坏阻挡它的测量器件，以前用粒子探测器直接测量束流的方法已经不再适用。本发明中的能散分析器运用了卢瑟福散射原理，使用散射靶将束流分散，降低了单位面积上的束流强度，然后再逐个测量束流粒子的能量，解决了无法直接测量束流粒子能量的问题。另外，相比于磁谱仪分析法，能散分析器具有以下优点：

空间占用小，沿束流传输线的空间长度只需要300mm左右，完全可以与其它束流诊断设备(如丝扫器)安装在同一个位置；

测量时间短，当单位时间内穿过能散分析器中心的束流粒子越多则探测器的计数率越高，得到一幅能谱图的速度远大于磁谱仪分析法；

对束流要求低，磁谱仪分析法要求束流在进入偏转磁铁时的发射度越小越好，但能散分析器只需要束流中心穿过散射靶即可，减少了调束人员的工作量。

本发明还能鉴别混合束流中的不同粒子种类，并给出占比大小：在材料科学中，多束辐照损伤是一个热门研究领域，质子重离子加速器可以为其提供鸡尾酒杯式的混合束流，但是对混合束流进行粒子鉴别和定量分析的方法很有限，特别是在强流情况下，仅通过一种测量设备很难得到混合束流的粒子种类及其占比大小。而本发明中的能散分析器则可以在鉴别粒子种类的同时得到每种粒子在混合束中的比例。另外，混合束流一般由质荷比(质量数比带电荷数)相近的粒子组成，能散分析器可以鉴别出粒子种类，而磁谱仪却不可以。

本发明质子重离子束流能散分析器，其通过束流与拦截式束流能散分析器的散射靶相互作用使束流粒子发散，在固定角度用粒子探测器测量被散射的粒子，生成的电信号通过信号馈通引出至前置放大器放大，然后经过多道分析仪处理，最终得到束流的能量分布信息，其可以承受高强度的束流轰击，能更准确地测量质子重离子束流的能散，并能对混合束流进行精确地粒子鉴别和定量分析，具有结构紧凑，易于加工，易于操作控制，后续数据获取系统简单等优点，从而有效降低了成本，采用了无衬底薄靶结构，有效降低了束流在靶内的能量歧离，提高了装置的能量分辨率；采用了钽铜复合板结构和散热结构，有效提高了靶系统的耐热性，从而可以测量更高功率的束流；粒子探测器基板采用高温陶瓷，具有较好耐辐照性能和良好的加工性，导热性良好，机械性能好，抗折强度高。

实施例

如图1至7所示，所述的一种强流质子重离子束流能散分析器，其包括探测器系统和散射靶系统。如图6所示为系统各部件框图。图7位本发明束流能散分析器进行分析测试前的整个工作流程。

所述的探测器系统包括粒子探测器1、前置放大器2和多道分析仪3，粒子探测器1为金刚石探测器，通过带法兰的信号馈通4与前置放大器2相连，粒子探测器1位于真空环境中，表面垂直于被测粒子的入射方向放置，前置放大器2置于大气中。

所述的散射靶系统包括钽铜复合板(限流板)5、散射靶6和准直器7，钽铜复合板5通过活套法兰8连接驱动装置9，活套法兰8和钽铜复合板5之间设置有水冷入口54和水冷出口55，散射靶6为纯金薄靶。

所述的探测器系统的信号馈通4焊接在CF35的法兰上，为双SMA陶瓷高真空法兰11，其通过转接法兰12与驱动装置9相连，转接法兰12为CF200转CF35的不锈钢刀口法兰，其中CF200一面连接真空腔室，一面连接驱动装置9，CF35连接双SMA陶瓷高真空法兰11，CF35法兰面的中垂线与散射靶6的中心相交。

所述的散射靶系统设置有水冷入口54和水冷出口55，分别与钽铜复合板5背面的两个水路接口相连，水从水冷入口54流入，通过与钽铜复合板5热交换后从水冷出口55流出。

所述的散射靶系统的钽铜复合板5采用电子束焊接，设置在散射靶6正面(入射面)，钽铜复合板5上设置有一个直径0.1-0.8mm的限流孔13，孔中心位于束流前进方向的几何中心线上，钽铜复合板5背面以限流孔13为中心呈锥形扩散，目的是防止过多束流与散射靶6相互作用产生大量热量而影响散射靶6的厚度均匀性和结构稳定性，提高散射靶6与束流作用的耐热性；所述的散射靶6为无衬底靶，厚度40nm-100nm，靶架通过一个楔子与钽铜复合板5相连，用沉头螺丝固定，散射靶6正面中心与钽铜复合板5的限流孔13同轴，都位于束流传输的几何中心上。

所述的准直器7的材料为不锈钢，通过不锈钢螺丝固定在转接法兰12的CF200法兰内表面上，准直器7表面与粒子探测器1表面平行，准直孔14的直径为3-5mm；粒子探测器1的有效面积为3*3mm-10*10mm，其中心点与散射靶6的中心点、准直孔14的中心点三点一线。

所述的探测器系统还包括用于为前置放大器2提供电源的低压电源、用于为粒子探测器1提供偏置电压的偏置电源。

所述的一种强流质子重离子束流能散分析器，其利用高原子序数的核材料制成的薄散射靶6将通过限流孔13的束流粒子散射，散射粒子被下游特定角度上的粒子探测器1捕获，生成的电信号由信号馈通引出至前置放大器2放大，最终由射频电缆16输送到多道分析仪3形成束流粒子能量分布的直方图，从而直观准确地鉴别出各种束流粒子并测出能散。图6为能散分析器在线束流测试系统框图。其散射靶系统的钽铜复合板5熔点高达2900度左右，用于提高散射靶系统与束流作用的耐热性。其散射靶系统的支撑筒15主要作用是支撑钽铜复合板5及散射靶6结构。其探测器系统的粒子探测器1的灵敏区厚度由被测粒子的能量决定，一般略大于被测粒子在粒子探测器1中的射程，选择合理的灵敏区厚度可以提高测量精度。

图8为本发明在混合束流(H₂ ⁺&He²⁺)能量为0.5MeV/u、流强为200uA时的在束实测结果图，从图8中可以清楚地看出，两种不同的束流被完全分开，其中H₂ ⁺在能谱的300道左右，He²⁺在能谱的1170道左右，二者修正后的能散都在2％左右。

本发明与一些现有技术相比，本发明不受流强限制，能测量更高流强的束流能散，且测量时间短，节省束流资源。与飞行时间法测量装置和磁谱仪相比，本发明可以用于强流混合束的粒子鉴别和定量分析，辅助加速器制备高纯度的强流鸡尾酒杯式混合束流，为以核材料多束辐照损伤的协同效应导致的材料损伤、肿胀、硬化等效应研究为代表的极端条件下的研究提供技术支持，为特种材料的研发提供方便快捷的检测手段。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种束流散射靶装置，其特征在于，所述束流散射靶装置包括限流板和散射靶，所述散射靶与所述限流板呈一斜角设置，其中，所述散射靶中心到探测器中心的连线与入射束流之间的夹角为锐角A，则所述斜角等于A的一半；

所述限流板为钽铜复合板，所述限流板上设有限流孔，所述限流板在所述限流孔周围设有散热通道，所述限流孔的出口方向呈喇叭状，所述限流孔的中心位于束流前进方向的几何中心线上；

所述散射靶的入射面中心与所述限流板的限流孔中心线同轴。

2.根据权利要求1所述的束流散射靶装置，其特征在于，所述限流板的入射侧为钽板，射出侧为铜板。

3.根据权利要求1或2所述的束流散射靶装置，其特征在于，所述散射靶通过楔子与所述限流板相连。

4.根据权利要求3所述的束流散射靶装置，其特征在于，所述散射靶为金靶，厚度为40nm-100nm。

5.根据权利要求1或2或4所述的束流散射靶装置，其特征在于，所述散热通道为水冷通道，所述限流板还设有水冷入口和水冷出口，所述限流板内设有所述水冷通道，所述水冷通道两端分别连接所述水冷入口和水冷出口。

6.一种束流能散分析器，其特征在于，所述束流能散分析器包括探测器系统和散射靶系统，所述散射靶系统包括权利要求1至5任一项所述的束流散射靶装置，所述探测器系统对经所述束流散射靶装置散射的束流进行分析。

7.根据权利要求6所述的束流能散分析器，其特征在于，所述探测器系统包括粒子探测器、前置放大器和多道分析仪，所述粒子探测器与所述前置放大器相连，所述粒子探测器位于真空环境中，表面垂直于被测粒子的入射方向放置，所述前置放大器置于大气中，所述前置放大器与所述多道分析仪连接。

8.根据权利要求7所述的束流能散分析器，其特征在于，所述散射靶系统还包括准直器，所述准直器与所述散射靶间隔设置，所述准直器设有准直孔，所述准直孔与所述散射靶的中心点、所述粒子探测器的中心点三点一线设置。

9.根据权利要求8所述的束流能散分析器，其特征在于，所述粒子探测器通过带法兰的信号馈通与所述前置放大器相连，所述法兰为真空法兰，所述粒子探测器处于所述真空法兰连接的真空腔室内，所述准直器位于所述真空腔室外粒子入射的线路上，所述粒子探测器的表面与所述准直器的表面平行。

10.根据权利要求9所述的束流能散分析器，其特征在于，所述法兰通过转接法兰与驱动装置相连，所述转接法兰一面连接所述真空腔室，另一面连接驱动装置；所述转接法兰上设有支撑筒，以支撑所述束流散射靶装置；所述粒子探测器的基板材质为高温陶瓷。

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