CN112666594A - 质子束流的测量装置及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种质子束流的测量装置及系统，其中该装置包括壳体结构和测量结构，壳体结构具有真空容置空间；测量结构套设于壳体结构的真空容置空间中，用于质子束流的测量；其中，测量结构包括阵列件，阵列件具有均匀分布设置的多个法拉第筒，用于实现质子束流的注量率和均匀性的测量。因此，本公开通过将包括多个法拉第筒的阵列件集成到真空容置壳体结构中，使得测量装置能够适应大气环境下的测量；此外，借助于多个法拉第筒的阵列集成，还可以同时实现对高注量率的质子束流的注量率和均匀性的快速测量，具有更高的测量准确性，提高了测量效率，实现了在操作简便、注量率和均匀性测量等方面的有效兼顾。

Description

质子束流的测量装置及系统

技术领域

本公开涉及原子能技术领域，尤其涉及一种质子束流的测量装置及系统。

背景技术

目前，质子辐射效应研究应用越来越广泛，尤其针对高注量率的质子辐射生物损伤。因此，针对高注量率的质子束流的参数诊断尤为重要。现有技术中，传统的质子束流诊断方法所采用的单一大口径法拉第筒只能在真空环境下使用，无法适用于大气环境且无法实现精确地均匀性测量工作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术中，传统的质子束流诊断方法所采用的单一大口径法拉第筒只能在真空环境下使用，无法适用于大气环境且无法实现精确地均匀性测量工作的技术问题，本公开提供了一种质子束流的测量装置及系统。

(二)技术方案

本公开的一方面提供了一种质子束流的测量装置，其中包括壳体结构和测量结构，壳体结构具有真空容置空间；测量结构套设于壳体结构的真空容置空间中，用于质子束流的测量；其中，测量结构包括阵列件，阵列件具有均匀分布设置的多个法拉第筒，用于实现质子束流的注量率和均匀性的测量。

根据本公开的实施例，阵列件还包括支撑板，支撑板垂直于所述质子束流的入射方向、并设置于壳体结构的真空容置空间中，用于作为多个法拉第筒的支撑结构。

根据本公开的实施例，支撑板的边缘与壳体结构的内表面相互绝缘抵接。

根据本公开的实施例，支撑板包括多个设置孔，多个设置孔均匀分布设置于支撑板上，多个设置孔的每个设置孔贯穿支撑板，用于一一对应设置多个法拉第筒，以形成阵列件。

根据本公开的实施例，测量结构还包括高压板，高压板沿质子束流的入射路径设置于阵列件的多个法拉第筒的前方，用于在被施加高压时防止电子从多个法拉第筒中逸出。

根据本公开的实施例，高压板与多个法拉第筒中每个法拉第筒之间具有间隙，使高压板与多个法拉第筒之间绝缘。

根据本公开的实施例，高压板包括多个光阑孔，多个光阑孔的每个光阑孔贯穿高压板并与多个法拉第筒中每个法拉第筒对应，用于使得入射的质子束流保持准直特性。

根据本公开的实施例，测量结构还包括多个前支柱，多个前支柱均匀分布设置于高压板和支撑板之间，用于对高压板进行支撑，使得高压板与阵列件之间绝缘。

根据本公开的实施例，多个前支柱的每个前支柱的一端穿设于支撑板上，另一端抵接于高压板上。

根据本公开的实施例，壳体结构包括筒体，筒体为沿质子束流入射路径设置的筒柱状结构，用于套设测量结构。

根据本公开的实施例，壳体结构还包括前面板，前面板与筒体的一端的边缘固定设置，用于形成壳体结构的迎束面。

根据本公开的实施例，前面板包括多个准直孔，多个准直孔的每个准直孔贯穿前面板并与多个法拉第筒中每个法拉第筒对应，用于使得入射的质子束流具有准直特性。

根据本公开的实施例，壳体结构还包括后面板，后面板与筒体的另一端的边缘固定设置，用于形成壳体结构的背束面。

根据本公开的实施例，后面板沿质子束流的入射路径设置于阵列件的多个法拉第筒的后方，用于为测量结构提供支撑。

根据本公开的实施例，测量结构还包括多个后支柱，多个后支柱均匀分布设置于后面板和支撑板之间，用于对支撑板进行支撑。

根据本公开的实施例，多个后支柱的每个后支柱的一端穿设于支撑板上，另一端抵接于后面板上，使得后面板与阵列件之间绝缘。

根据本公开的实施例，后面板包括多个信号转接口，多个信号转接口中的每个信号转接口贯穿后面板，用于将测量结构的信号引出和/或引入壳体结构。

根据本公开的实施例，筒体包括气孔，气孔设置于筒体的侧面上并贯穿筒体，用于壳体结构的真空容置空间的气体进出。

根据本公开的实施例，测量装置包括气嘴，气嘴对应气孔设置于筒体的侧面上，用于对壳体结构的容置空间进行抽气以形成真空容置空间。

本公开的另一方面提供了一种质子束流的测量系统，其中，包括上述的测量装置、静电计和电子设备。上述的测量装置用于质子束流的测量；

静电计与测量装置相连接，用于接收测量装置的反馈信号生成对应的反馈数据；电子设备与静电计相连接，用于对反馈数据进行处理并显示。

根据本公开的实施例，测量系统还包括样品台，测量装置沿质子束流的入射路径设置于样品台上，样品台用于支撑测量装置进行质子束流的测量。

根据本公开的实施例，测量系统还包括真空泵，真空泵与测量装置的壳体结构的气嘴连接，用于对测量装置进行抽气，以形成壳体结构的真空容置空间。

(三)有益效果

本公开提供了一种质子束流的测量装置及系统，其中该装置包括壳体结构和测量结构，壳体结构具有真空容置空间；测量结构套设于壳体结构的真空容置空间中，用于质子束流的测量；其中，测量结构包括阵列件，阵列件具有均匀分布设置的多个法拉第筒，用于实现质子束流的注量率和均匀性的测量。因此，本公开通过将包括多个法拉第筒的阵列件集成到真空容置壳体结构中，使得测量装置能够适应大气环境下的测量；此外，借助于多个法拉第筒的阵列集成，还可以同时实现对高注量率的质子束流的注量率和均匀性的快速测量，具有更高的测量准确性，提高了测量效率；进一步地，本公开的测量装置可以实现位置移动以及测量尺寸的小型化，使得测量装置可以适应更广泛的测量环境，同时进一步提高了测量效率，实现了在操作简便、注量率和均匀性测量等方面的有效兼顾。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的测量装置的局部剖视图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的阵列件的法拉第筒的结构图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的阵列件以及高压板和后面板的连接结构侧视图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的阵列件以及高压板和后面板的连接结构立体图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的阵列件以及高压板和后面板的连接结构正视图；

图6示意性示出了根据本公开实施例的高压板的结构正视图；

图7示意性示出了根据本公开实施例的缺少前面板的测量装置的结构立体图；

图8示意性示出了根据本公开实施例的前面板的结构正视图；

图9示意性示出了根据本公开实施例的测量装置的壳体结构的结构立体图；

图10示意性示出了根据本公开实施例的后面板的结构后视图；

图11示意性示出了根据本公开实施例的缺少后面板的测量装置的结构立体图；

图12示意性示出了根据本公开实施例的后支柱的结构剖面图；

图13示意性示出了根据本公开实施例的后支柱的结构立体图；

图14示意性示出了根据本公开实施例的测量系统的组成图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把他们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把他们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的代替特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

目前，对于大范围、高注量率的质子束流的测量率和均匀性的测量通常采用的是单一法拉第筒，然而单一法拉第筒由于需要测量环境为真空才可能实现质子束流均匀性的测量，且单一法拉第筒无法放置于束流末端，使得其不能很好地适应多种测量环境。且由于真空环境的需要，使得在测量过程的测量时间较长，操作繁复，实验效率极为低下。

为解决现有技术中，传统的质子束流诊断方法所采用的单一大口径法拉第筒只能在真空环境下使用，无法适用于大气环境且无法实现精确地均匀性测量工作的技术问题，本公开提供了一种质子束流的测量装置及系统。

如图1-13所示，本公开的一方面提供了一种质子束流的测量装置，其中包括壳体结构和测量结构，壳体结构具有真空容置空间101；测量结构套设于壳体结构的真空容置空间101中，用于质子束流的测量；其中，测量结构包括阵列件，阵列件具有均匀分布设置的多个法拉第筒211，用于实现质子束流的注量率和均匀性的测量。

壳体结构可以为一方盒状密封腔体结构，用于形成容置空间，对该容置空间进行抽气，可以实现容置空间的真空效果。具体地，壳体结构的密封可以采用薄膜密封等密封方式实现，此处不作赘述。真空容置空间可以使得测量结构能够处于真空测试环境中，保证法拉第筒实现对质子束流的均匀性的测量。

其中，由于测量结构可以实现微缩化，相应地，壳体结构也可以实现微缩化，进而减小真空容置空间的体积，从而能够快速实现真空容置空间的真空化，具体可以短时间内完成真空抽取，既可以满足相应的实验要求，且测试过程中无论是样品更换抑或是其他组件维护，都不需要再次重复真空抽取，极大地节约了实验时间。

此外，测量结构的主要测量件为阵列件上设置的多个法拉第筒211。多个法拉第筒211朝向入射的质子束流在阵列件上均匀分布排列构成法拉第筒211的测量阵列，用于实现质子束流的均匀性和注量率的测量。其中，测量结构可以套设于壳体结构中，实现二者之间的固定。如图4和图11所示，本公开实施例中的测量阵列可以具有3×3排布的9个法拉第筒211。

如图2所示，每个法拉第筒211具有一柱体结构主体，同时在朝向入射质子束流的一端的端面具有一盲孔205，该盲孔205朝向柱体结构主体内部凹陷形成，该盲孔205的深度可以构成该法拉第筒211的筒深。其中，该法拉第筒211作为测量结构的测量单元可以基于筒深和盲孔205的直径之间的比例设计，保证落入该法拉第筒的内部的粒子不易溅出。

将法拉第筒211的阵列结构的阵列件置于小型真空容置腔内，在真空容置空间面对质子束流的入射辐照时，可以实现将该测量装置置于束流末端的效果，且更易于实现测量装置的移动，实现在大气环境中，于短时间内完成对大束流束斑、高注量率的质子束流的注量率和均匀性的测量。

因此，本公开通过将包括多个法拉第筒的阵列件集成到真空容置壳体结构中，使得测量装置能够适应大气环境下的测量；此外，借助于多个法拉第筒的阵列集成，还可以同时实现对高注量率的质子束流的注量率和均匀性的快速测量，具有更高的测量准确性，提高了测量效率；进一步地，本公开的测量装置可以实现位置移动以及测量尺寸的小型化，使得测量装置可以适应更广泛的测量环境，同时进一步提高了测量效率，实现了在操作简便、注量率和均匀性测量等方面的有效兼顾。

如图1、图3-图5以及图11所示，根据本公开的实施例，阵列件还包括支撑板212，支撑板212垂直于所述质子束流的入射方向、并设置于壳体结构的真空容置空间101中，用于作为多个法拉第筒211的支撑结构。

壳体结构的迎束面为被质子束流辐照的壳体结构表面，具体可以是下述的前面板的被质子束流辐照的侧表面。也即支撑板212需要与质子束流的入射方向E相互垂直，也即平行于壳体结构的迎束面设置，如图1所示。支撑板212沿壳体结构的真空容置空间101的边缘固定，位于该容置空间中，从而使得多个设置于支撑板212的法拉第筒阵列的支撑，使得法拉第筒阵列悬置于该真空容置空间101中。也即，法拉第筒阵列中的每个法拉第筒211与壳体结构的任一内表面均具有绝缘关系。

如图1、图3-图5以及图11所示，根据本公开的实施例，支撑板212的边缘与壳体结构的内表面相互绝缘抵接。

支撑板212设置于壳体结构中的真空容置空间中，支撑板212的边缘沿壳体结构与质子束流入射方向相互平行的内侧表面相互垂直固定，且与该内侧表面之间不直接接触，具有绝缘关系，以避免外界电场对法拉第筒阵列的测量结果的影响，从而确保测量准确性。

具体地，支撑板212的边缘可以环设一圈环状绝缘件，该绝缘件可以将支撑板212固定于壳体结构中，同时保证支撑板212与壳体结构绝缘设置。

如图1、图3-图5以及图11所示，根据本公开的实施例，支撑板212包括多个设置孔，多个设置孔均匀分布设置于支撑板212上，多个设置孔的每个设置孔贯穿支撑板，用于一一对应设置多个法拉第筒211，以形成阵列件。

法拉第筒211对应穿设进入设置孔，并通过设置孔将法拉第筒211限位并固定，使得法拉第筒211实现与支撑板212的固定，也即将法拉第筒211固定设置于支撑板212上。其中，每个法拉第筒211的盲孔205的开口均统一朝向入射的质子束流，以使得粒子进入法拉第筒211以完成测量。

如图1、图3-图5以及图7所示，根据本公开的实施例，测量结构还包括高压板220，高压板220沿质子束流的入射路径E设置于阵列件的多个法拉第筒211的前方，用于在被施加高压时防止电子从多个法拉第筒中逸出。

高压板220为一板状结构。法拉第筒211的筒深和直径的设计虽然可以最大程度避免粒子溅出现象，但是，电子仍然可能从法拉第筒211中的盲孔中逸出，造成法拉第筒211的测量数据不够准确。为此，在测量过程中，可以将高压板220平行于支撑板212的设置方向设置于多个法拉第筒211的多个盲孔与壳体结构的前面板之间，以在高压板220被施加高压之后，防止电子从法拉第筒中逸出，确保测量数据的准确性。

如图1、图3和图4所示，根据本公开的实施例，高压板220与多个法拉第筒211中每个法拉第筒211之间具有间隙，使得高压板与多个法拉第筒之间绝缘。

法拉第筒211的阵列需要使得每个法拉第筒211相对支撑板212的筒口高度一致，也即每个法拉第筒211的开口距离支撑板212表面的高度相同。高压板220与多个法拉第筒211之间不能接触相互绝缘，以防止对法拉第筒211的测量结果造成影响。

如图4-图7所示，根据本公开的实施例，高压板220包括多个光阑孔201，多个光阑孔201的每个光阑孔201贯穿高压板220并与多个法拉第筒211中每个法拉第筒211对应，用于使得入射的质子束流保持准直特性。

质子束流需要通过光阑孔201之后直接入射只法拉第筒211的筒内，因此，光阑孔201的中心线与法拉第筒211的盲孔的中心线需要重合设置。与之对应，当法拉第筒阵列包括3×3个法拉第筒211时，则光阑孔201的数量也为对应的9个。

其中，如图5所示，高压板220的面积尺寸以刚刚覆盖多个法拉第筒211为宜，小于支撑板212和壳体结构的后面板130的面积尺寸。此外，支撑板212与壳体结构进行固定时，由于支撑板212需要绝缘固定，因此，支撑板212的面积尺寸也可以小于后面板130的面积尺寸。

如图1、图3和图4所示，根据本公开的实施例，测量结构还包括多个前支柱230，多个前支柱230均匀分布设置于高压板220和支撑板212之间，用于对高压板220进行支撑，使得高压板220与阵列件之间绝缘。

前支柱230用于支撑高压板220，使得高压板220沿质子束流的入射路径设置于阵列件的多个法拉第筒的前方。为此，前支柱230位于高压板220和支撑板212之间的长度可以略大于法拉第筒211外凸于支撑板212表面并位于高压板220和支撑板212之间的长度，以使得高压板220与法拉第筒211的阵列之间具有间隙。

其中，前支柱230的材料需为绝缘材料，以使得高压板220与阵列件的法拉第筒211和支撑板212之间相互绝缘，以避免高压板220被施压高压时，对法拉第筒211的测量数据造成影响。

如图1、图3和图4所示，根据本公开的实施例，多个前支柱230的每个前支柱230的一端穿设于支撑板212上，另一端抵接于高压板220上。

支撑板212上设置有与前支柱230的一固定端的穿插固定孔，用于对前支柱230进行限位固定。同样地，高压板220上设置有与前支柱230的另一固定端的嵌合固定孔，通过嵌合件穿过嵌合固定孔插入前支柱230的另一固定端，从而将高压板220与前支柱230固定。

其中，该嵌合件可以是螺钉，嵌合固定孔可以为螺纹孔。嵌合固定孔和嵌合件、前支柱的数量、位置皆一一对应。

如图1、图7、图9和图11所示，根据本公开的实施例，壳体结构包括筒体110，筒体110为沿质子束流入射路径E设置的筒柱状结构，用于套设测量结构。

筒体110为壳体结构的主体结构，用于形成真空容置空间。测量结构的阵列件沿筒体110套设于筒体110中，以形成测量装置。

如图1、图9和图11所示，根据本公开的实施例，壳体结构还包括前面板120，前面板120与筒体110的一端的边缘固定设置，用于形成壳体结构的迎束面。

前面板120为一板状结构，对应于高压板220固定设置。具体地，前面板120边缘与对应的壳体结构的筒体110的边缘通过嵌合固定的方式固定密封。嵌合件可以为螺钉，嵌合孔位螺纹孔。通过嵌合件穿设前面板120，将嵌合件穿插并固定到筒体110的边缘设置的嵌合孔里。沿前面板120边缘与对应的壳体结构的筒体110的边缘分别均匀对应设置多个嵌合位置，确保嵌合的密封效果更好。其中，前面板120的迎向入射的质子束流的侧表面可以作为壳体结构的迎束面。如图7所示，当打开前面板120之后，可以将高压板220的迎束面暴露。

如图8所示，根据本公开的实施例，前面板120包括多个准直孔202，多个准直孔202的每个准直孔202贯穿前面板120并与多个法拉第筒211中每个法拉第筒211对应，用于使得入射的质子束流具有准直特性。

如图1、图3和图8所示，当入射的质子束流入射至前面板120上，通过准直孔202对入射的质子束流进行第一次准直处理，使得进入壳体结构的束斑能量、形状更加稳定。进入壳体结构的质子束流再通过高压板220上的光阑孔201作第二次准直处理，使得最终进入相应的法拉第筒211的质子束流保持准直效果。

其中，需要说明的是，高压板220的光阑孔的直径尺寸大于法拉第筒211的盲孔的开口的直径尺寸；而法拉第筒的盲孔的开口的直径尺寸大于前面板的准直孔202的直径尺寸。因此，可以确保进入法拉第筒211的质子束流的准直效果最佳。此外，准直孔202、光阑孔201以及法拉第筒的盲孔的开口的中心线均相互重合。

如图1、图3-5、图7、图9和图10所示，根据本公开的实施例，壳体结构还包括后面板130，后面板130与筒体110的另一端的边缘固定设置，用于形成壳体结构的背束面。

后面板130为一板状结构，后面板130与筒体110的另一端的固定方式与前面板120与筒体110的固定方式相同，以保证密封效果为主，此处不做赘述。其中，后面板130的迎背向入射的质子束流的侧表面可以作为壳体结构的背束面。此外，后面板130还可以用于作为测量结构的主要支撑结构。

如图1和图3-5所示，根据本公开的实施例，后面板130沿质子束流的入射路径E设置于阵列件的多个法拉第筒211的后方，用于为测量结构提供支撑。

如图11所示，后面板130在被打开之后，可以直接暴露真空容置空间中的测量结构的阵列件。后面板130用于与测量结构之间形成支撑关系。

如图1、图3、图4和图11所示，根据本公开的实施例，测量结构还包括多个后支柱240，多个后支柱240均匀分布设置于后面板130和支撑板212之间，用于对支撑板212进行支撑。

后支柱240用于支撑阵列件的支撑板212，使得阵列件沿质子束流的入射路径设置于后面板130的前方。为此，后支柱240位于后面板130和支撑板212之间的长度可以大于法拉第筒211外凸于支撑板212另一表面并位于后面板130和支撑板212之间的长度，以使得后面板130与法拉第筒211的阵列之间形成真空容置空间的主体空间。

其中，后支柱240的材料需为绝缘材料，且该材料可以与前支柱230的材料一致，以使得后面板130与阵列件的法拉第筒211和支撑板212之间相互绝缘，以避免后面板130在测量过程中，对法拉第筒211的测量数据造成影响。

如图1、图3、图4和图11所示，根据本公开的实施例，多个后支柱240的每个后支柱240的一端穿设于支撑板212上，另一端抵接于后面板130上，使得后面板130与阵列件之间绝缘。

支撑板212上设置有与后支柱240的一固定端的穿插固定孔，用于对后支柱240进行限位固定。同样地，后面板130上设置有与后支柱240的另一固定端的嵌合固定孔，通过嵌合件穿过嵌合固定孔插入后支柱240的另一固定端，从而将后面板130与后支柱240固定。

其中，该嵌合件可以是螺钉，嵌合固定孔可以为螺纹孔。嵌合固定孔和嵌合件、后支柱240的数量、位置皆一一对应。

具体地，如图12所示，后支柱240包括主体结构242、嵌合限位端241，以及相对于嵌合限位端241的另一端的主体结构242上形成一配合嵌合件嵌合的盲孔204。因此，当嵌合件以普通插入或螺旋插入的方式进入该盲孔204时，可以实现与该后支柱240的主体结构242的固定；同时后支柱240的另一嵌合限位端241可以插入支撑板212的嵌合固定孔，以完成与支撑板212之间的限位固定。

需要说明的是，前支柱230的结构、外形设计与该后支柱240类似，其中后支柱240的长度大于前支柱230的长度，此处不作赘述。

如图10所示，根据本公开的实施例，后面板130包括多个信号转接口，多个信号转接口中的每个信号转接口贯穿后面板130，用于将测量结构的信号引出和/或引入壳体结构。

后面板130还用于通过多个信号转接口对输入输出信号进行转接。多个信号转接口包括高压转接口203b和法拉第筒转接口203a，其中高压转接线通过高压转接口203b与高压板220连接，实现对高压板220施加高压并对高压板220的电学状态进行检测；法拉第筒转接线通过对应法拉第筒转接口203a与对应法拉第筒211连接，实现对法拉第筒211产生的电信号进行输出或输入。

其中，高压转接线与法拉第筒转接线通过密封转接件与对应的高压转接口203b和法拉第筒转接口203a对应固定，密封转接件为中间通孔的塞状结构，可以实现高压转接线与法拉第筒转接线穿过对应信号转接口时，对该信号转接口进行真空密封。

如图1、图7、图9和图11所示，根据本公开的实施例，筒体110包括气孔，气孔设置于筒体110的侧面上并贯穿筒体110，用于壳体结构的真空容置空间101的气体进出。

如图1、图7、图9和图11所示，根据本公开的实施例，测量装置包括气嘴310，气嘴310对应气孔设置于筒体110的侧面上，用于对壳体结构的容置空间进行抽气以形成真空容置空间101。

如图13所示，气嘴310包括插入端311、密封圈312和限位圈313，插入端311插入上述壳体结构的筒体110的气孔，插入端311的外表面与气孔的内表面贴合；此外，密封圈312环设于气嘴310的主体结构上，该主体结构为一中间通孔的筒柱；限位圈313设置于相对插入端311对应的气嘴310的主体结构的另一端，用于为抽气管与气嘴310的固定提供限位。其中，插入端311、密封圈312和限位圈313为一体成型结构。通过气嘴可以实现与抽气管连接固定，当抽气管另一端的真空泵启动时，可以对壳体结构的内部空间进行真空抽气，形成真空容置空间。

需要说明的是，本公开实施例中，除前支柱230、后支柱240以及相应的绝缘件之外，壳体结构和测量结构的材料均可以是金属材料，例如铜等。其中，绝缘的前支柱230、后支柱240以及相应的绝缘件的材料可以是聚四氟乙烯，可以达到固定支撑和绝缘的效果。

如图14所示，本公开的另一方面提供了一种质子束流的测量系统，其中，包括上述的测量装置10、静电计20和电子设备30。上述的测量装置10用于质子束流的测量；静电计20与测量装置10相连接，用于接收测量装置10的反馈信号生成对应的反馈数据；电子设备30与静电计20相连接，用于对反馈数据进行处理并显示。电子设备可以是计算机、笔记本、智能手机以及IPAD等具有显示功能的计算处理设备。

根据本公开的实施例，测量系统还包括样品台40，测量装置10沿质子束流的入射路径E设置于样品台40上，样品台40用于支撑测量装置10进行质子束流的测量。其中，该样品台40可以实现至少三个自由度的移动，从而带动设置于其上的测量装置10进行移动，并可以实现将测量装置10设置于质子束流的辐照路径的末端进行测量。

根据本公开的实施例，测量系统还包括真空泵50，真空泵50与测量装置10的壳体结构的气嘴连接，用于对测量装置10进行抽气，以形成壳体结构的真空容置空间。其中，真空泵50可以在2小时内完成测量装置的真空容置空间的形成，满足测量实验要求。

借助于上述测量装置，本公开实施例的测量系统可以使得测量装置10通过样品台40进行移动，并置于质子束流的末端，同时满足法拉第筒的测量真空环境需要，且该测量装置可以直接应用于大气环境下，使得本公开实施例的测量系统能够在短时间内完成大束斑、大注量率的质子束流的均匀性和注量率的测量，减少了测量过程中束流强度变化引起的实验数据误差和重复无效的测量，极大地提高了实验效率和数据精度。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。

需要说明的是，除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。

虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种质子束流的测量装置，其特征在于，包括：

壳体结构，具有真空容置空间；

测量结构，套设于所述壳体结构的真空容置空间中，用于质子束流的测量；

其中，所述测量结构包括：

阵列件，具有均匀分布设置的多个法拉第筒，用于实现质子束流的注量率和均匀性的测量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阵列件还包括：

支撑板，垂直于所述质子束流的入射方向、并设置于所述壳体结构的真空容置空间中，用于作为所述多个法拉第筒的支撑结构。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述支撑板的边缘与所述壳体结构的内表面相互绝缘抵接。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述支撑板包括：

多个设置孔，均匀分布设置于所述支撑板上，所述多个设置孔的每个设置孔贯穿所述支撑板，用于一一对应设置所述多个法拉第筒，以形成所述阵列件。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述测量结构还包括：

高压板，沿所述质子束流的入射路径设置于所述阵列件的所述多个法拉第筒的前方，用于在被施加高压时防止电子从所述多个法拉第筒中逸出。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高压板与所述多个法拉第筒中每个法拉第筒之间具有间隙，使所述高压板与所述多个法拉第筒之间绝缘。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高压板包括：

多个光阑孔，所述多个光阑孔的每个光阑孔贯穿所述高压板并与所述多个法拉第筒中每个法拉第筒对应，用于使得入射的质子束流保持准直特性。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测量结构还包括：

多个前支柱，所述多个前支柱均匀分布设置于所述高压板和所述支撑板之间，用于对所述高压板进行支撑，使得所述高压板与所述阵列件之间绝缘。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述多个前支柱的每个前支柱的一端穿设于所述支撑板上，另一端抵接于所述高压板上。

10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述壳体结构包括：

筒体，为沿所述质子束流入射路径设置的筒柱状结构，用于套设所述测量结构。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述壳体结构还包括：

前面板，与所述筒体的一端的边缘固定设置，用于形成所述壳体结构的迎束面。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述前面板包括：

多个准直孔，所述多个准直孔的每个准直孔贯穿所述前面板并与所述多个法拉第筒中每个法拉第筒对应，用于使得入射的质子束流具有准直特性。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述壳体结构还包括：

后面板，与所述筒体的另一端的边缘固定设置，用于形成所述壳体结构的背束面。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述后面板沿所述质子束流的入射路径设置于所述阵列件的所述多个法拉第筒的后方，用于为所述测量结构提供支撑。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述测量结构还包括：

多个后支柱，所述多个后支柱均匀分布设置于所述后面板和所述支撑板之间，用于对所述支撑板进行支撑。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述多个后支柱的每个后支柱的一端穿设于所述支撑板上，另一端抵接于所述后面板上，使得所述后面板与所述阵列件之间绝缘。

17.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述后面板包括：

多个信号转接口，所述多个信号转接口中的每个信号转接口贯穿所述后面板，用于将所述测量结构的信号引出和/或引入所述壳体结构。

18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述筒体包括：

气孔，设置于所述筒体的侧面上并贯穿所述筒体，用于所述壳体结构的真空容置空间的气体进出。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

气嘴，对应所述气孔设置于筒体的侧面上，用于对所述壳体结构的容置空间进行抽气以形成所述真空容置空间。

20.一种质子束流的测量系统，其特征在于，包括：

权利要求1-19中任一项所述的装置，用于质子束流的测量；

静电计，与所述装置相连接，用于接收所述装置的反馈信号生成对应的反馈数据；

电子设备，与所述静电计相连接，用于对所述反馈数据进行处理并显示。

21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述测量系统还包括：

样品台，所述装置沿所述质子束流的入射路径设置于所述样品台上，所述样品台用于支撑所述装置进行质子束流的测量。

22.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述测量系统还包括：

真空泵，与所述装置的壳体结构的气嘴连接，用于对所述装置进行抽气，以形成所述壳体结构的真空容置空间。

Images