CN111524678A

CN111524678A - 一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法

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Publication number: CN111524678A
Application number: CN202010249767.3A
Authority: CN
Inventors: 张丽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2020-08-11

Abstract

本发明提供的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，小型化的电子和质子能谱测量装置可以非常方便应用于激光惯性约束核聚变、激光尾场电子加速、质子加速等研究领域，进一步为此类研究领域最终实现能源、医疗、环境监测等方面的设备研制提供帮助，本发明的用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，能够对能量在几十兆电子伏(MeV)以下的电子和质子可以在极小的空间内实现能谱连续不间断测量，从而能使的测量更加精确，数据更加准确。

Description

一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法

技术领域

本发明涉及超小型化的电子和质子能谱测量技术领域，尤其涉及一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法。

背景技术

新一代超强超快激光的出现，为人们研究强场激光物理提供了一种全新的实验手段与极端物理条件，为实现激光核聚变、激光电子加速、质子加速，并解决日益严峻的能源问题、提供高亮度极紫外激光光源提供了强有力的支持，有着非常广阔的发展前景。在超强激光与等离子体相互作用的过程中，会产生大量的超热电子、离子、X射线等高能粒子和辐射。对这些高能产物和辐射进行诊断有助于认识和理解激光等离子体相互作用过程中能量的吸收和转移、超热电子的产生和输运等机制。在此情况下，研究相互作用过程中产生的电子、质子、射线的能谱，为理解超强超短激光与物质相互作用中物理机制和过程提供了重要的手段和依据。

超热电子是“快点火”中最重要的能量载体，研究超热电子的行为，对于实现激光核聚变具有重要意义，其能量的高低、产额的多少以及发射方向等都对“快点火”方案极其重要。在点火阶段，高强度的超短脉冲激光穿过“隧道”与靶芯相互作用，产生1-5MeV的超热电子，而且由于在不同的加速机制作用下超热电子的发射方向会有很大的不同，研究超热电子的角分布和能量分布，是研究激光等离子体相互作用中超热电子定向发射规律从而了解激光等离子体相互作用机制的最有效手段之一。

在超热电子的实验研究中，我们不但需要将电子能谱仪做的小巧，以便在有限的真空靶室环境中，尽可能在激光靶材相互作用点周围摆放更多的电子能谱仪；另外一方面，需要实现对各种能量的不间断测量。现有的电子能谱仪的磁铁结构大部分为方形，分别在电子入射方向的侧面和对面，实现对电子能谱的偏转测量，但是在两个面交界的地方无法兼顾，使得处理出来的电子能谱出现断层、不连续的状况，使得电子能量和电子温度的计算出现极大的误差。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供提出一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，用于紧凑的真空相互作用靶室和能谱的连续不间断测量，对能量在几十兆电子伏(MeV)以下的电子和质子在极小的空间内能够实现能谱连续不间断测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，包括：磁铁本体，所磁铁本体包括一个半圆形体，所述半圆形体产生一个半圆形磁场，电子或质子以平行于直边的初速度方向进入所述半圆形磁场。

进一步的，所述半圆形磁场内的磁场为均匀磁场。

进一步的，所述半圆形磁场的磁场强度B为0.1-0.8T。

进一步的，所述半圆形磁场的磁场强度B为0.3T。

进一步的，所述半圆形体的半径为500mm。

进一步的，电子进入所述半圆形磁场呈圆弧轨迹运动，且该圆弧轨迹的凹面与所述半圆形体的凹面相对。

进一步的，以进入点为原点，所述电子或所述质子在所述磁场中的运动轨迹半径符合R＝10/3*((E^2+2E*0.511)^0.5)/B。

进一步的，所述磁铁本体包括固定部、半圆形体和半圆形开槽，所述半圆形开槽将所述半圆体分为上下两层，所述固定部与所述半圆形体的直边连接将上下两层所述半圆形体连接为一体，上下两层所述半圆形体在所述半圆形开槽内形成所述半圆形磁场，所述电子或所述质子从所述半圆形开槽进入所述半圆形磁场。

进一步的，所述固定部连接在所述半圆形体的一角使所述磁铁本体具有一个方便电子进入的缺口。

本发明还提供一种用于电子和质子能谱测量的方法，包括以下步骤：向超高真空空间内发射电子或质子，通过电子能量分析器和检测器获取该电子或质子的能谱，通过工控机进行分析，其中，在电子能量分析器中使所述电子或所述质子进入一个半圆形磁场，并且以平行于所述半圆形磁场的直边的初速度方向进入并从所述半圆形磁场的曲边射出。

本发明的有益效果在于：小型化的电子和质子能谱测量装置可以非常方便应用于激光惯性约束核聚变、激光尾场电子加速、质子加速等研究领域，进一步为此类研究领域最终实现能源、医疗、环境监测等方面的设备研制提供帮助，本发明的用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，能够对能量在几十兆电子伏(MeV)以下的电子和质子可以在极小的空间内实现能谱连续不间断测量，从而能使的测量更加精确，数据更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构的结构示意图；

图2是本发明实施例一种用于电子和质子能谱测量的电子圆轨迹与半圆形磁场的示意图；

图3是本发明实施例一种用于电子和质子能谱测量的电子在半圆形磁场中的轨迹示意图；

图4是本发明实施例一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构的另一方向的结构示意图；

图5是B＝0.1，r＝100mm的情况下电子能量对应的电子在y方向的出射位置示意图；

图6是B＝0.2，r＝100mm的情况下电子能量对应的电子在y方向的出射位置示意图；

图7是B＝0.2，r＝50mm的情况下电子能量对应的电子在y方向的出射位置示意图；

图8是B＝0.3，r＝50mm的情况下电子能量对应的电子在y方向的出射位置示意图；

图9是B＝0.5，r＝50mm的情况下电子能量对应的电子在y方向的出射位置示意图；

图10是B＝0.3，r＝30mm的情况下电子能量对应的电子在y方向的出射位置示意图；

图11是不同能量下的电子的分辨率曲线。

标号说明：

10、磁铁本体；11、半圆形体；12、半圆形开槽；13、固定部；

14、半圆形磁场；20、电子；21、电子圆轨迹；

22、电子在半圆形体磁场中的轨迹。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1-图11，一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，包括：磁铁本体，所磁铁本体包括一个半圆形体，半圆形体产生一个半圆形磁场，电子或质子以平行于直边的初速度方向进入半圆形磁场。

小型化的电子和质子能谱测量装置可以非常方便应用于激光惯性约束核聚变、激光尾场电子加速、质子加速等研究领域，进一步为此类研究领域最终实现能源、医疗、环境监测等方面的设备研制提供帮助，本发明的用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，能够对能量在几十兆电子伏(MeV)以下的电子和质子可以在极小的空间内实现能谱连续不间断测量，从而能使的测量更加精确，数据更加准确。

优选的，半圆形磁场内的磁场为均匀磁场。

优选的，半圆形磁场的磁场强度B为0.1-0.8T。特别的，半圆形磁场的磁场强度B为0.3T。

优选的，半圆形贴的半径为300-800mm，特别的，半圆形体的半径为500mm。

优选的，电子进入半圆形磁场呈圆弧轨迹运动，且该圆弧轨迹的凹面与半圆形体的凹面相对。

优选的，以进入点为原点，电子或质子在磁场中的运动轨迹半径符合R＝10/3*((E^2+2E*0.511)^0.5)/B。

请参见图1-图4，磁铁本体包括固定部、半圆形体和半圆形开槽，半圆形开槽将半圆体分为上下两层，固定部与半圆形体的直边连接将上下两层半圆形体连接为一体，上下两层半圆形体在半圆形开槽内形成半圆形磁场，电子或质子从半圆形开槽进入半圆形磁场。可以理解的，上下两侧半圆形体一般分布为N极和S极。

请参见图1，固定部连接在半圆形体的一角使磁铁本体具有一个方便电子进入的缺口。

由于电子和质子在磁场中的表现相似，本发明以电子为例，以电子的进入点为原点，以平行于直边的方向为Y轴，垂直于直边的方向为X轴建立直角坐标系，磁铁半径为r，电子的回旋半径为R，则：

半圆形体的坐标公式为：(y-r)^2+x^2＝r^2，(其中y≥0，x≥0)

则y^2＝x(2R-x)，

IP板假设(0,0)点处为0，刻度x’＝(y-r),y＝x’/π，

得y＝2rR^2/(r^2+R^2)，

根据R＝10/3*((E^2+2E*0.511)^0.5)/B以及y＝2rR^2/(r^2+R^2)，可以得到图5-图10，即电子在半圆形磁场中的y方向的出射位置，即出射位置的y值。可以看到B值增加则y方向的出射曲线坡度越陡，y的上升越快；r值增加则y方向的出射曲线坡度越平缓。

请参见图11，从上至下依次为0.1T、0.2T、0.3T、0.4T、0.5T，B值越大则分辨率曲线的峰值越低，分辨率曲线也越平缓。根据图11，本发明优选半圆形磁场的磁场强度B为0.3T。

本发明还提供一种用于电子和质子能谱测量的方法，包括以下步骤：向超高真空空间内发射电子或质子，通过电子能量分析器和检测器获取该电子或质子的能谱，通过工控机进行分析，其中，在电子能量分析器中使电子或质子进入一个半圆形磁场，并且以平行于半圆形磁场的直边的初速度方向进入并从半圆形磁场的曲边射出。特别的，该半圆形磁场由上述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构形成。

综上所述，本发明提供的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，小型化的电子和质子能谱测量装置可以非常方便应用于激光惯性约束核聚变、激光尾场电子加速、质子加速等研究领域，进一步为此类研究领域最终实现能源、医疗、环境监测等方面的设备研制提供帮助，本发明的用于电子和质子能谱测量的磁铁结构及方法，能够对能量在几十兆电子伏(MeV)以下的电子和质子可以在极小的空间内实现能谱连续不间断测量，从而能使的测量更加精确，数据更加准确。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，包括：

磁铁本体，所磁铁本体包括一个半圆形体，所述半圆形体产生一个半圆形磁场，电子或质子以平行于直边的初速度方向进入所述半圆形磁场。

2.根据权利要求1所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，所述半圆形磁场内的磁场为均匀磁场。

3.根据权利要求1所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，所述半圆形磁场的磁场强度B为0.1-0.8T。

4.根据权利要求1所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，所述半圆形磁场的磁场强度B为0.3T。

5.根据权利要求1所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，所述半圆形体的半径为500mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，电子进入所述半圆形磁场呈圆弧轨迹运动，且该圆弧轨迹的凹面与所述半圆形体的凹面相对。

7.根据权利要求1所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，以进入点为原点，所述电子或所述质子在所述磁场中的运动轨迹半径符合R＝10/3*((E^2+2E*0.511)^0.5)/B。

8.根据权利要求1所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，所述磁铁本体包括固定部、半圆形体和半圆形开槽，所述半圆形开槽将所述半圆体分为上下两层，所述固定部与所述半圆形体的直边连接将上下两层所述半圆形体连接为一体，上下两层所述半圆形体在所述半圆形开槽内形成所述半圆形磁场，所述电子或所述质子从所述半圆形开槽进入所述半圆形磁场。

9.根据权利要求8所述的一种用于电子和质子能谱测量的磁铁结构，其特征在于，所述固定部连接在所述半圆形体的一角使所述磁铁本体具有一个方便电子进入的缺口。

10.一种用于电子和质子能谱测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

向超高真空空间内发射电子或质子，通过电子能量分析器和检测器获取该电子或质子的能谱，通过工控机进行分析，其中，在电子能量分析器中使所述电子或所述质子进入一个半圆形磁场，并且以平行于所述半圆形磁场的直边的初速度方向进入并从所述半圆形磁场的曲边射出。