CN112930019B - 一种紧凑型同步辐射产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种紧凑型同步辐射产生装置，涉及同步辐射产生技术领域，包括弯曲毛细管、第一放电电极、第二放电电极、第三放电电极、放电电路、第一安装件和第二安装件；放电电路的负极连接第一放电电极；放电电路的正极连接第二放电电极；放电电路的中间极连接第三放电电极；放电电路用于为第一放电电极和第三放电电极之间以及第三放电电极和第二放电电极之间提供电压降；电压降用于击穿第二通道中的气体，使气体进行弧光放电形成等离子体，等离子体形成承载放电电流的同时产生磁场引导激光加速的脉冲电子束流穿越弯曲毛细管，电子沿偏转轨道运动产生同步辐射。本发明能够使同步辐射的产生不再依托大科学装置，实现同步辐射产生装置的小型化。

Description

一种紧凑型同步辐射产生装置

技术领域

本发明涉及同步辐射产生技术领域，特别是涉及一种紧凑型同步辐射产生装置。

背景技术

高速带电粒子做加速运动时，会产生电磁辐射，而同步辐射是指电子在做曲线运动时沿轨道切线方向所产生的一种电磁辐射。电子在能量较高时，电磁辐射强度具有强烈的方向性。

同步辐射具有其特有的很多良好的性质，是科学研究的强力工具，包括广阔平滑的连续光谱，其他光源很难在很宽的波长范围内有一个平滑连续的光谱，连续光谱用于不同材料的光谱分析，不会干扰材料固有的光谱特性；辐射强度高、亮度高，同步辐射光源亮度比一般光源高4-7个量级，强光用于研究，极大地提高信噪比，数据采集时间缩短，为生命科学等领域的研究提供有效手段；准直性好，同步辐射光的平行性可以媲美激光；光通量、能量分布、角分布等特性可以准确计算，对实验反演有极高的意义；同步辐射以电矢量平行于加速度矢量的方式而偏振；同步辐射可通过辐射阻尼保持束团横向尺寸小，而且脉冲长度短，可达纳秒以下，重复频率在一定范围内可调节，对于研究精细时间演化的课题极为方便。

同步辐射在广阔的科学技术领域得到了广泛应用。它不仅在许多基础科学研究中已做出卓越的成绩，如原子、分子物理、固体物理、表面物理、化学、生物学、天文学等，而且在许多技术领域中有良好的应用前景，如光刻、显微镜、全息照相、医疗和计量等。

在环形加速器中电子的辐射与其能量四次方成正比，电子能量很高时，补偿辐射损失是极其困难的，需要很大的加速系统，这限制辐射能量的进一步提高。目前，同步辐射的产生依托大科学装置，在应用方面有很高的门槛，因此，本领域亟需一种紧凑型的同步辐射产生技术和装置，以使同步辐射的产生不再依托大科学装置，实现同步辐射产生装置的小型化。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑型同步辐射产生装置，以使同步辐射的产生不再依托大科学装置，实现同步辐射产生装置的小型化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种紧凑型同步辐射产生装置，所述装置包括弯曲毛细管、第一放电电极、第二放电电极、第三放电电极、放电电路、第一安装件和第二安装件；

所述第一安装件和所述第二安装件用于将所述第一放电电极固定于所述弯曲毛细管的一端，将所述第二放电电极固定于所述弯曲毛细管的另一端，以及将所述第三放电电极固定于所述弯曲毛细管的中间；所述第一安装件、所述第二安装件、所述第一放电电极和所述第二放电电极包裹所述弯曲毛细管；所述第三放电电极穿过所述弯曲毛细管的管壁且垂直于所述弯曲毛细管的切线；所述第一安装件、所述第二安装件、所述第一放电电极、所述第二放电电极、所述第三放电电极和所述弯曲毛细管均设置于真空中；

所述第一安装件上设置第一通道；所述弯曲毛细管的中部设置第二通道；所述第二通道的弧度与所述弯曲毛细管的弧度等同；所述弯曲毛细管与所述第一安装件之间设置第三通道；所述第二通道贯穿所述第一放电电极、所述第二放电电极和所述第三放电电极；所述第一通道和所述第三通道连通；所述第三通道和所述第二通道之间设置第四通道；所述第三通道与所述第四通道连通；所述第四通道与所述第二通道连通；

所述第一通道为气体入口；所述第二通道为激光加速的脉冲电子束流传输通道；气体经所述第一通道、所述第三通道和所述第四通道进入所述第二通道；所述激光加速的脉冲电子束流经第一端口进入所述第二通道；所述第一端口为所述第二通道贯穿所述第一放电电极形成的端口；

所述放电电路的负极连接所述第一放电电极；所述放电电路的正极连接所述第二放电电极；所述放电电路的中间极连接所述第三放电电极；所述放电电路用于为所述第一放电电极和所述第三放电电极之间提供电压降，以及为所述第三放电电极和所述第二放电电极之间提供电压降；所述电压降用于击穿所述第二通道中的所述气体，使所述气体进行弧光放电形成等离子体，所述等离子体形成承载放电电流的同时产生磁场，通过磁场引导所述激光加速的脉冲电子束流穿越所述第二通道，电子沿偏转轨道运动产生同步辐射。

可选地，所述第三通道和所述第二通道之间还设置第五通道；所述第五通道和所述第四通道关于所述第一通道对称；

所述第一通道平行于所述第五通道和所述第四通道；所述第三通道平行于所述第二通道；所述第二通道垂直于所述第四通道和所述第五通道；所述第五通道分别与所述第三通道和所述第二通道连通。

可选地，所述放电电路具体包括高压电源、第一等离子体开关、第二等离子体开关、第一泄放电阻、第二泄放电阻、第一放电电容和第二放电电容；

所述高压电源的正极分别与所述第一等离子体开关的一端、所述第一泄放电阻的一端和所述第二放电电极连接；所述第一泄放电阻的另一端分别与所述第三放电电极、所述第二泄放电阻的一端和所述第二等离子体开关的一端连接；所述第二泄放电阻的另一端分别与所述第一放电电极和所述第二放电电容的一端连接；所述第二放电电容的另一端分别与所述第二等离子体开关的另一端和所述第一放电电容的一端连接；所述第一放电电容的另一端分别与所述第一等离子体开关的另一端和所述高压电源的负极连接；

所述第一等离子体开关和所述第二等离子开关断开时，所述高压电源对所述第一放电电容和所述第二放电电容进行充电；充电完成后，所述高压电源关闭；当所述激光加速的脉冲电子束流经所述第一端口进入所述第二通道时，所述第一等离子体开关和所述第二等离子体开关闭合，所述第二放电电容两端的电压分别加载到所述第一放电电极和所述第三放电电极上形成电压降，所述第一放电电容两端的电压分别加载到所述第三放电电极和所述第二放电电极上形成电压降，以根据所述电压降产生同步辐射；在不产生同步辐射时，所述第一等离子体开关和所述第二等离子体开关闭合，所述第一泄放电阻释放所述第一放电电容储存的电能，所述第二泄放电阻释放所述第二放电电容储存的电能。

可选地，所述放电电路分别与所述第一放电电极、所述第三放电电极和所述第二放电电极焊接。

可选地，所述第一放电电极、所述第三放电电极和所述第二放电电极的材料均为金属材料或石墨材料。

可选地，所述金属材料包括铜。

可选地，所述第二通道和所述第四通道由块状壁材料激光刻蚀获得。

可选地，所述弯曲毛细管的材料为耐烧蚀的绝缘材料。

可选地，所述绝缘材料包括人造蓝宝石。

可选地，所述装置还包括：

充气管道，与所述第一通道连接，用于向所述第一通道中注入所述气体；

气源，与所述充气管道连接，用于向所述充气管道中注入所述气体；

压力控制器，与所述充气管道连接，用于根据所述充气管道内所述气体的压强生成控制信号；

调节阀门，设置于所述充气管道和所述气源之间，与所述压力控制器连接，用于根据所述压力控制器发送的控制信号自动调节阀门的开度，维持所述第一通道、所述第三通道、所述第四通道、所述第五通道和所述第二通道内所述气体的压强恒定。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的紧凑型同步辐射产生装置，利用弯曲电离弯曲毛细管在引导传输激光加速电子束的同时产生同步辐射，根据相对论性带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道行进时就会发出同步辐射，从而实现将整个束流传输设备小型化，使同步辐射的产生不再依托大科学装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明紧凑型同步辐射产生装置实施例的正视剖面结构示意图；

图2为本发明紧凑型同步辐射产生装置实施例的俯视剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种紧凑型同步辐射产生装置，以使同步辐射的产生不再依托大科学装置，实现同步辐射产生装置的小型化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明紧凑型同步辐射产生装置实施例的正视剖面结构示意图。图2为本发明紧凑型同步辐射产生装置实施例的俯视剖面结构示意图。图1是沿着通道8-4轴线的竖直弯曲剖面展开图。图2是通道8-4轴线所在的水平剖面图。参见图1和图2，该紧凑型同步辐射产生装置包括弯曲毛细管2、第一放电电极1-1、第二放电电极1-2、第三放电电极1-3、放电电路c、第一安装件3-1和第二安装件3-2。其中，第一放电电极1-1、第二放电电极1-2、第三放电电极1-3、弯曲毛细管2、第一安装件3-1和第二安装件3-2组成弯曲电离毛细管a，弯曲电离毛细管a在真空内使用，第一安装件3-1和第二安装件3-2要求绝缘密封，以防止高压击穿或漏气。所述第一放电电极1-1、所述第三放电电极1-3和所述第二放电电极1-2的材料均为良导体材料，该良导体材料包括金属材料和石墨材料，该金属材料包括铜。在该实施例中，所述第一放电电极1-1、所述第二放电电极1-2和所述第三放电电极1-3的材料为铜，所述第一放电电极1-1和所述第二放电电极1-2的形状为圆环，所述第三放电电极1-3的形状为半圆环，能够保证电离高压电位的均匀性。在制备弯曲毛细管2的时候，会在弯曲毛细管壁上预留所述第三放电电极1-3的安装位置，所述第三放电电极1-3是从弯曲毛细管下方穿过壁进入通道的。由于所述第三放电电极1-3从弯曲毛细管下方进入通道，因此在图1中所述第三放电电极1-3不贯穿弯曲毛细管，但是在图2中所述第三放电电极1-3贯穿弯曲毛细管。所述弯曲毛细管2的材料为耐高温、耐烧蚀的绝缘材料，以承受气体弧光放电过程，该绝缘材料包括人造蓝宝石。

所述第一安装件3-1和所述第二安装件3-2用于将所述第一放电电极1-1固定于所述弯曲毛细管2的一端，将所述第二放电电极1-2固定于所述弯曲毛细管2的另一端，以及将所述第三放电电极1-3固定于所述弯曲毛细管2的中间；所述第三放电电极1-3的作用是引导电流方向，放电不是由电子产生的，放电是来自于高压电极加载电压，通道内部气体电离，电离产生电流，电流产生磁场，磁场引导电子束运动，电子束是由激光加速器额外提供的。所述第一安装件3-1、所述第二安装件3-2、所述第一放电电极1-1和所述第二放电电极1-2包裹所述弯曲毛细管2；该包裹为密封包裹。所述第三放电电极1-3穿过所述弯曲毛细管2的管壁且垂直于所述弯曲毛细管2的切线；所述第一安装件3-1、所述第二安装件3-2、所述第一放电电极1-1、所述第二放电电极1-2、所述第三放电电极1-3和所述弯曲毛细管2均设置于真空中。所述第一安装件3-1分别与所述第一放电电极1-1、所述第二放电电极1-2和所述第三放电电极1-3接触；所述第二安装件3-2分别与所述第一放电电极1-1、所述第二放电电极1-2、所述第三放电电极1-3和所述弯曲毛细管2接触；所述第一放电电极1-1、所述第二放电电极1-2和所述第三放电电极1-3均与所述弯曲毛细管2接触。

所述第一安装件3-1的中部设置第一通道8-1；所述弯曲毛细管2的中部设置第二通道8-4；所述第二通道8-4的弧度与所述弯曲毛细管2的弧度等同；所述弯曲毛细管2与所述第一安装件3-1之间设置第三通道8-5；所述第二通道8-4贯穿所述第一放电电极1-1、所述第二放电电极1-2和所述第三放电电极1-3；所述第一通道8-1和所述第三通道8-5连通；所述第三通道8-5和所述第二通道8-4之间设置第四通道8-2；所述第三通道8-5与所述第四通道8-2连通；所述第四通道8-2与所述第二通道8-4连通。所述第二通道8-4和所述第四通道8-2由块状壁材料激光刻蚀获得。

所述第一通道8-1为气体入口；所述第二通道8-4为激光加速的脉冲电子束流传输通道；气体经所述第一通道8-1、所述第三通道8-5和所述第四通道8-2进入所述第二通道8-4；所述激光加速的脉冲电子束流经第一端口B进入所述第二通道8-4；所述第一端口B为所述第二通道8-4贯穿所述第一放电电极1-1形成的端口。

所述放电电路c的负极连接所述第一放电电极1-1；所述放电电路c的正极连接所述第二放电电极1-2；所述放电电路c的中间极(电源的1/2分压位置为中间电极位置，其电势为充电电压的一半，正极电势为充电电压，负极为接地)连接所述第三放电电极1-3；所述放电电路c分别与所述第一放电电极1-1、所述第三放电电极1-3和所述第二放电电极1-2焊接。所述放电电路c用于为所述第一放电电极1-1和所述第三放电电极1-3之间提供电压降，以及为所述第三放电电极1-3和所述第二放电电极1-2之间提供电压降；所述电压降用于击穿所述第二通道8-4中的所述气体，使所述气体进行弧光放电形成等离子体，所述等离子体形成承载强放电电流的同时产生磁场，通过磁场引导所述激光加速的脉冲电子束流穿越所述第二通道8-4，电子沿偏转轨道运动产生同步辐射。由于电子带负电，因此所述激光加速的脉冲电子束流应逆着电流的方向进入所述第二通道8-4，即经第一放电电极1-1的开口B进入所述第二通道8-4。

所述第三通道8-5和所述第二通道8-4之间还设置第五通道8-3；所述第五通道8-3和所述第四通道8-2关于所述第一通道8-1对称，即所述弯曲毛细管2的两端分别设置关于所述第一通道8-1对称的所述第四通道8-2和所述第五通道8-3。所述第一通道8-1、所述第四通道8-2和所述第五通道8-3的通道方向一致，即都是竖直方向。所述第四通道8-2、所述第五通道8-3和所述第二通道8-4构成弯曲毛细管道，该弯曲毛细管道由块状壁材料激光刻蚀获得，通常为“一横两竖”的“π”形状，横向为等离子体通道，竖向为气体入口。其中，“一横两竖”的“π”形状是实验经验和气流模拟获得的结果，可通过气体动力学分析定性得到，这种结构能使弯曲毛细管2内部、第一放电电极1-1和第二放电电极1-2两端的气体密度均匀且恒定。本发明的“一横两竖”的“π”形状使通道内气体分布稳定，气体稳定才能使其电离产生的等离子体稳定，等离子体稳定才能使放电电流均匀，放电电流均匀保证产生的磁场是线性的，线性场下电子运动振荡是可预测的，辐射抖动是小的，光源品质更好。

所述第一通道8-1平行于所述第五通道8-3和所述第四通道8-2；所述第三通道8-5平行于所述第二通道8-4；所述第二通道8-4垂直于所述第四通道8-2和所述第五通道8-3；所述第三通道8-5的通道方向也垂直于所述第四通道8-2和所述第五通道8-3的通道方向；所述第五通道8-3分别与所述第三通道8-5和所述第二通道8-4连通。所述第四通道8-2也分别与所述第三通道8-5和所述第二通道8-4连通。

气体经所述第一通道8-1、所述第三通道8-5、所述第四通道8-2和所述第五通道8-3进入所述第二通道8-4；所述激光加速的脉冲电子束流经第一放电电极1-1的开口B(第一端口B)进入所述第二通道8-4。所述气体为易电离、无毒、高稳定性的气体，该气体包括氢气，弯曲毛细管道内充入氢气，压强为100torr。

图1中特殊的弯曲毛细管道设计使管道内部、第一放电电极1-1和第二放电电极1-2两端的气体密度均匀且恒定，保证了电离过程中的电流密度均匀。弯曲毛细管2的内径(整根弯曲毛细管2的直径)在百微米到几个毫米量级，例如，内径为500微米，长度为3厘米。管道接收孔径小，因此装置使用时，整个弯曲毛细管设备需要利用六轴(三轴空间位置、三轴角度)电控台精确调节，确保与电子源的位置和束流入射方向一致。弯曲毛细管2工作时，第一放电电极1-1与第二放电电极1-2之间的气体发生弧光放电。第三放电电极1-3起引导沿弯曲轨道放电的作用。

所述放电电路c具体包括高压电源4、第一等离子体开关5-1、第二等离子体开关5-2、第一泄放电阻7-1、第二泄放电阻7-2、第一放电电容6-1和第二放电电容6-2。所述高压电源4为30kV电源。所述第一等离子体开关5-1和所述第二等离子体开关5-2均为晶闸管。所述第一放电电容6-1和所述第二放电电容6-2均为3.4nF电容。所述第一泄放电阻7-1和所述第二泄放电阻7-2均为1MΩ电阻。

所述高压电源4的正极分别与所述第一等离子体开关5-1的一端、所述第一泄放电阻7-1的一端和所述第二放电电极1-2连接；所述第一泄放电阻7-1的另一端分别与所述第三放电电极1-3、所述第二泄放电阻7-2的一端和所述第二等离子体开关5-2的一端连接；所述第二泄放电阻7-2的另一端分别与所述第一放电电极1-1和所述第二放电电容6-2的一端连接；所述第二放电电容6-2的另一端分别与所述第二等离子体开关5-2的另一端和所述第一放电电容6-1的一端连接；所述第一放电电容6-1的另一端分别与所述第一等离子体开关5-1的另一端和所述高压电源4的负极连接，且接地。

所述第一等离子体开关5-1和所述第二等离子开关5-2断开时，所述高压电源4对所述第一放电电容6-1和所述第二放电电容6-2进行充电；充电完成后，所述高压电源4关闭；当所述激光加速的脉冲电子束流经所述第一端口B进入所述第二通道8-4时，所述第一等离子体开关5-1和所述第二等离子体开关5-2闭合，所述第二放电电容6-2两端的电压分别加载到所述第一放电电极1-1和所述第三放电电极1-3上形成电压降，所述第一放电电容6-1两端的电压分别加载到所述第三放电电极1-3和所述第二放电电极1-2上形成电压降，以根据所述电压降产生同步辐射，即利用所述电压降沿管道路径击穿所述第二通道8-4中的所述气体，使所述气体进行弧光放电形成等离子体，所述等离子体形成强放电电流，电流的磁场引导入射电子沿偏转管道运动产生同步辐射。在不产生同步辐射时，即在不使用所述弯曲毛细管2对所述激光加速的脉冲电子束流实现引导时，所述第一等离子体开关5-1和所述第二等离子体开关5-2闭合，所述第一泄放电阻7-1释放所述第一放电电容6-1储存的电能，所述第二泄放电阻7-2释放所述第二放电电容6-2储存的电能，保证人员安全。

本发明中的放电电极是利用电压降引导放电电流，放电电流由高电势向低电势流动，气体一旦电离，电阻率骤降，通道可视为导线，将电极短路，电极的电势降不再存在。但电流一直持续到电容内的电能完全释放，电流产生的磁场才是引导电子运动的关键。弯曲的形状就是为例限制电流的形状。

图1中放电电路c除去第一泄放电阻7-1、第二泄放电阻7-2和高压电源4的部分为RC型放电回路，整个电路通过晶闸管切换放电模式和充电模式。充电工作时，高压电源4串联大容量电容，对其进行充电，电压越高，电容越大，放电电流越强；随后，晶闸管导通，放电回路导通，电路由充电转为放电状态，电容两端电压加载到弯曲毛细管2两端电极上，击穿其间气体弧光放电。弯曲毛细管2内部的气体电离为等离子体，能够承载极大的电流强度，且电阻极低，能量损耗小。

强电流脉冲沿着通道8-4轴线通过弯曲毛细管2，根据安培定律，电流内部产生轴对称磁场，其分布为：

磁场的梯度可达几千个T/m，对束流有强的引导作用，其传输常数为：

电子偏转受到向心力的作用，为抵消该作用使电子沿通道8-4运动，入射位置应在弧矢面向偏转圆心方向偏离距离1/KR。产生同步辐射的分布为：

同步辐射光子数为：

其中，B表示磁场大小，μ₀表示真空磁导率，ρ表示到弯曲毛细管的轴线的径向距离，r表示弯曲毛细管的内半径(内径)，R表示弯曲毛细管的弯曲半径，I表示通过弯曲毛细管的电流，K表示B对应的传输常数，q表示电子电量，m表示电子质量，γ和β为电子的相对论参数，c表示真空光速，U表示辐射强度，ω表示辐射频率，θ表示辐射方向与电子轨迹切线的夹角，ε₀表示真空介电常数，ω_s表示辐射特征频率，ω_s＝3cγ³/2R，K_2/3表示麦克唐纳函数(第二类虚综量贝塞尔函数)的高阶项，N_e为电子数目，L为电子传输距离，N_p表示同步辐射光子数，e为自然常数，d表示微分，

表示约化普朗克常量。束斑半径σ与偏离距离之和应小于通道内径，σ+1/KR≤r。

通过控制激光与等离子体开关之间的触发延迟，可以在放电等离子形成承载强电流的同时让激光加速的脉冲电子束流从第一放电电极1-1的开口穿越弯曲毛细管2。其中，放电脉冲的形成过程为：第一放电电极1-1和第二放电电极1-2加载高电压(该高电压远大于这段气体的击穿电压)后，气体两端电极之间存在巨大电位降，管道内部产生巨大电场将气体电离为等离子体，并进行弧光放电。气体一旦电离为弧光放电等离子体，在电路中可视为良导体导线。弧光等离子体两端的电压与气体参数及放电过程有关，但是电压相比电容电压来说很小，可忽略。放电的电流取决于RC放电回路的电流。气体击穿后，就是放电回路的一段导线，其电流就是放电回路的电流。信号延迟时间(触发延迟)等于激光脉冲周期减去放电回路电流上升时间，上升时间可由放电电容调节。具体的控制过程为：激光器产生第一发脉冲激光，并且激光器提供与激光脉冲时间上严格同步的高电平信号。高电平信号可接入信号延迟器延迟，延迟后接到闸流管上，闸流管可由高电平上升沿触发。触发后电路导通，气体放电，在放电电流峰值时刻，第二发脉冲激光同步加速电子束流。激光加速电子束初始焦斑小、密度高，弯曲毛细管等离子体本身能够有效中和高密度脉冲电子束流的空间电荷，抑制束流发散。与此同时，在电流产生的强聚焦和引导磁场作用下，引导电子束流沿通道轨迹偏转运动，电子运动伴随同步辐射产生。

弯曲毛细管同时具有很强的聚焦能力。电离弯曲毛细管内部具有轴对称的高梯度磁场分布，消色散能力高，即对电子束能量的依赖不明显，能够传输宽谱电子束，进一步提升同步辐射的宽谱特性。整个紧凑型同步辐射产生装置尺寸仅有几厘米，安装简便灵活，可调性高。

该紧凑型同步辐射产生装置还包括：

充气管道(图中未示出)，与所述第一通道8-1连接，用于向所述第一通道8-1中注入所述气体。

气源(图中未示出)，与所述充气管道连接，用于向所述充气管道中注入所述气体。

压力控制器(图中未示出)，与所述充气管道连接，用于根据所述充气管道内所述气体的压强生成控制信号。

调节阀门(图中未示出)，设置于所述充气管道和所述气源之间，与所述压力控制器连接，用于根据所述压力控制器发送的控制信号自动调节阀门的开度，维持所述第一通道8-1、所述第三通道8-5、所述第四通道8-2、所述第五通道8-3和所述第二通道8-4内所述气体的压强恒定(稳定)。

其中，所述气源为盛有所述气体的钢瓶。所述压力控制器设置于所述充气管道的上游，用于维持气体入口压强稳定。气体压强决定了弯曲毛细管道内部的气体密度，气体密度影响弯曲毛细管2的电流承载能力，一般取压强在几十到几百torr量级。

本发明公开的紧凑型的同步辐射产生技术和装置是十分有价值的，激光加速器规模小，其产生的束流流强高、焦斑小、脉冲短，在产生同步辐射方面有独特的优势，本发明利用弯曲电离弯曲毛细管在引导传输激光加速电子束的同时产生同步辐射，使同步辐射的产生不再依托大科学装置，能够实现脱离对大科学装置的依托产生同步辐射。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述装置包括弯曲毛细管、第一放电电极、第二放电电极、第三放电电极、放电电路、第一安装件和第二安装件；

所述第一安装件和所述第二安装件用于将所述第一放电电极固定于所述弯曲毛细管的一端，将所述第二放电电极固定于所述弯曲毛细管的另一端，以及将所述第三放电电极固定于所述弯曲毛细管的中间；所述第一安装件、所述第二安装件、所述第一放电电极和所述第二放电电极包裹所述弯曲毛细管；所述第三放电电极穿过所述弯曲毛细管的管壁且垂直于所述弯曲毛细管的切线；所述第一安装件、所述第二安装件、所述第一放电电极、所述第二放电电极、所述第三放电电极和所述弯曲毛细管均设置于真空中；

所述第一安装件上设置第一通道；所述弯曲毛细管的中部设置第二通道；所述第二通道的弧度与所述弯曲毛细管的弧度等同；所述弯曲毛细管与所述第一安装件之间设置第三通道；所述第二通道贯穿所述第一放电电极、所述第二放电电极和所述第三放电电极；所述第一通道和所述第三通道连通；所述第三通道和所述第二通道之间设置第四通道；所述第三通道与所述第四通道连通；所述第四通道与所述第二通道连通；所述第三通道和所述第二通道之间还设置第五通道；所述第五通道和所述第四通道关于所述第一通道对称；所述第一通道平行于所述第五通道和所述第四通道；所述第三通道平行于所述第二通道；所述第二通道垂直于所述第四通道和所述第五通道；所述第五通道分别与所述第三通道和所述第二通道连通；所述第四通道、所述第五通道和所述第二通道构成弯曲毛细管道，该弯曲毛细管道由块状壁材料激光刻蚀获得，为一横两竖的π形状，横向为等离子体通道，竖向为气体入口；

所述第一通道为气体入口；所述第二通道为激光加速的脉冲电子束流传输通道；气体经所述第一通道、所述第三通道和所述第四通道进入所述第二通道；所述激光加速的脉冲电子束流经第一端口进入所述第二通道；所述第一端口为所述第二通道贯穿所述第一放电电极形成的端口；

所述放电电路的负极连接所述第一放电电极；所述放电电路的正极连接所述第二放电电极；所述放电电路的中间极连接所述第三放电电极；所述放电电路用于为所述第一放电电极和所述第三放电电极之间提供电压降，以及为所述第三放电电极和所述第二放电电极之间提供电压降；所述电压降用于击穿所述第二通道中的所述气体，使所述气体进行弧光放电形成等离子体，所述等离子体形成承载放电电流的同时产生磁场，通过磁场引导所述激光加速的脉冲电子束流穿越所述第二通道，电子沿偏转轨道运动产生同步辐射。

2.根据权利要求1所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述放电电路具体包括高压电源、第一等离子体开关、第二等离子体开关、第一泄放电阻、第二泄放电阻、第一放电电容和第二放电电容；

所述高压电源的正极分别与所述第一等离子体开关的一端、所述第一泄放电阻的一端和所述第二放电电极连接；所述第一泄放电阻的另一端分别与所述第三放电电极、所述第二泄放电阻的一端和所述第二等离子体开关的一端连接；所述第二泄放电阻的另一端分别与所述第一放电电极和所述第二放电电容的一端连接；所述第二放电电容的另一端分别与所述第二等离子体开关的另一端和所述第一放电电容的一端连接；所述第一放电电容的另一端分别与所述第一等离子体开关的另一端和所述高压电源的负极连接；

所述第一等离子体开关和所述第二等离子体开关断开时，所述高压电源对所述第一放电电容和所述第二放电电容进行充电；充电完成后，所述高压电源关闭；当所述激光加速的脉冲电子束流经所述第一端口进入所述第二通道时，所述第一等离子体开关和所述第二等离子体开关闭合，所述第二放电电容两端的电压分别加载到所述第一放电电极和所述第三放电电极上形成电压降，所述第一放电电容两端的电压分别加载到所述第三放电电极和所述第二放电电极上形成电压降，以根据所述电压降产生同步辐射；在不产生同步辐射时，所述第一等离子体开关和所述第二等离子体开关闭合，所述第一泄放电阻释放所述第一放电电容储存的电能，所述第二泄放电阻释放所述第二放电电容储存的电能。

3.根据权利要求1所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述放电电路分别与所述第一放电电极、所述第三放电电极和所述第二放电电极焊接。

4.根据权利要求1所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述第一放电电极、所述第三放电电极和所述第二放电电极的材料均为金属材料或石墨材料。

5.根据权利要求4所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述金属材料包括铜。

6.根据权利要求1所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述第二通道和所述第四通道由块状壁材料激光刻蚀获得。

7.根据权利要求1所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述弯曲毛细管的材料为耐烧蚀的绝缘材料。

8.根据权利要求7所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述绝缘材料包括人造蓝宝石。

9.根据权利要求1所述的紧凑型同步辐射产生装置，其特征在于，所述装置还包括：

充气管道，与所述第一通道连接，用于向所述第一通道中注入所述气体；

气源，与所述充气管道连接，用于向所述充气管道中注入所述气体；

压力控制器，与所述充气管道连接，用于根据所述充气管道内所述气体的压强生成控制信号；

调节阀门，设置于所述充气管道和所述气源之间，与所述压力控制器连接，用于根据所述压力控制器发送的控制信号自动调节阀门的开度，维持所述第一通道、所述第三通道、所述第四通道、所述第五通道和所述第二通道内所述气体的压强恒定。

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