CN114071855B - 一种低能质子束流传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低能质子束流传输装置，属于粒子加速器技术领域，包括沿纵向从后至前依次对接的离子源、第一螺线管磁铁、三通、真空插板阀、矫正管、第二螺线管磁铁、束测腔体和束流垃圾桶，束测腔体可拆卸连接于第二螺线管磁铁与束流垃圾桶之间，三通其中一个端口对接第一分子泵，束测腔体内设发射度测量探头、荧光靶探头和法拉第筒，束测腔体设有抽气端口，束测腔体的抽气端口对接第二分子泵，本发明是一种兼具了对低能质子束流的聚焦与测试功能的低能质子束流传输装置，可较好的与后期的次级加速装置对接。

Description

一种低能质子束流传输装置

技术领域

本发明属于粒子加速器技术领域，具体涉及一种低能质子束流传输装置。

背景技术

质子束不仅是了解物质基本结构、探索自然界基本规律的重要工具，而且在国计民生的诸多领域中得到了越来越广泛的应用。质子直线加速器可以推动质子辐照下材料物性和物质演变研究以及科研成果产业化，促进新材料、先进制造、高端装备制造、人工智能、医疗与生命科学、新能源、核技术等领域的发展与升级。质子束由离子源产生，但通过离子源引出极引出的束流通常是发散的，这是因为(1)带电粒子由于热运动存在横向速度；(2)离子源引出极系统存在像差；(3)离子源或电源不稳定性引起的束流波动；(4)由空间电荷效应引入的非线性电场力作用。

由于射频四极加速器(RFQ)对束流的截面形状、流强以及发射度有很高要求，但是现有技术中，进入射频四极加速器(RFQ)内的质子束束流聚焦性差，无法得知进入射频四极加速器(RFQ)内的质子束束流的流强、截面形状、发射度等参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具了对低能质子束流的聚焦与测试功能的低能质子束流传输装置，可较好的与后期的次级加速装置对接。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种低能质子束流传输装置，包括沿纵向从后至前依次对接的离子源、第一螺线管磁铁、三通、真空插板阀、矫正管、第二螺线管磁铁、束测腔体和束流垃圾桶，束测腔体可拆卸连接于第二螺线管磁铁与束流垃圾桶之间，交流电流互感器和双向矫正磁铁前后间隔地套设在矫正管外圈，三通其中一个端口对接第一分子泵，束测腔体内设发射度测量探头、荧光靶探头和法拉第筒，法拉第筒、发射度测量探头和荧光靶探头可分别由第一直线往复移动机构、第二直线往复移动机构和第三直线往复移动机构带动至束测腔体内质子束束流经过的位置，

束测腔体设有抽气端口，束测腔体设有抽气端口，束测腔体的抽气端口对接第二分子泵，

当真空插板阀阀口打开，离子源、第一螺线管磁铁、三通、真空插板阀阀口、矫正管、第二螺线管磁铁、束测腔体和束流垃圾桶为从后至前依次连通，

离子源用于产生质子束束流，第一螺线管磁铁和第二螺线管磁铁均用于产生纵向磁场并对质子束束流磁聚焦，双向矫正磁铁用于矫正质子束束流的横向偏移，法拉第筒用于测试质子束束流流强，荧光靶探头用于测试束流截面形状，发射度测量探头用于测试束流发射度。

第一螺线管磁铁和第二螺线管磁铁产生的磁场极性相反。

双向矫正磁铁包含一个矩形框架状的铁轭，铁轭的四条框边上均缠绕有螺旋线圈。

第一螺线管磁铁、第二螺线管磁铁、三通和束测腔体均分别通过滑动组件滑动连接于支架上，滑动方向为前后方向。

束测腔体设有左侧对接端口、顶端对接端口和右侧对接端口，左侧对接端口、顶端对接端口和右侧对接端口处均固设有对接法兰盘；第一直线往复移动机构、第二直线往复移动机构和第三直线往复移动机构均为直线往复移动机构，直线往复移动机构包括设置穿孔的盖板、盖板外侧固设的基座、一根波纹管、设于波纹管内的探头连杆、基座上安装的电机和基座上设置的丝母丝杠机构，电机带动丝母丝杠机构，盖板外侧固设有与穿孔正对且连通的管接口，波纹管一端固设封板、另一端固定对接管接口，丝母固定连接封板，探头连杆一端固定连接封板、另一端伸出波纹管外并依次穿插过管接口和穿孔；

第一直线往复移动机构的盖板固定连接左侧对接端口处的对接法兰盘，第一直线往复移动机构的探头连杆另一端穿过左侧对接端口固定连接所述法拉第筒，

第二直线往复移动机构的盖板固定连接顶端对接端口处的对接法兰盘，第二直线往复移动机构的探头连杆另一端穿过顶端对接端口固定连接所述发射度测量探头，

第三直线往复移动机构的盖板固定连接右侧对接端口处的对接法兰盘，第三直线往复移动机构的探头连杆另一端穿过右侧对接端口固定连接所述荧光靶探头。

法拉第筒、发射度测量探头和荧光靶探头可分别由第一直线往复移动机构、第二直线往复移动机构和第三直线往复移动机构带动至束测腔体内质子束束流经过的同一位置。

所述离子源及其电源均设于高压隔离罩内，高压隔离罩设有开口，离子源的前端发射口位于高压隔离罩的开口处。

本发明所述的一种低能质子束流传输装置，具有如下有益效果：第一螺线管磁铁和第二螺线管磁铁均可对离子源产生的质子束进行磁聚焦，第一螺线管磁铁和第二螺线管磁铁均产生纵向磁场，通过洛伦兹力对质子束进行磁聚焦，对质子束起到聚束作用。当第一螺线管磁铁和/或第二螺线管磁铁的电流改变时，所产生的磁场强度也相应改变，通过调节两螺线管磁铁的电流大小，来实现质子束发射度、Twiss参数与次级加速装置的匹配；

法拉第筒负责测试质子束束流流强，荧光靶探头测试束流截面形状，发射度测量探头测试束流发射度。

第一分子泵和第二分子泵分别用于维持三通内腔和束测腔体内腔的高真空度；双向矫正磁铁用于对质子束束流的横向偏移进行矫正，即在束流运动方向横截面上的左右二维调节；交流电流互感器(ACCT)用于根据电磁感应测试脉冲束流流强，由交流电流互感器(ACCT)和法拉第筒可得知束流在运动过程中损失了多少；在该装置的末尾安装了一台束流垃圾桶，对多余的质子束进行收集。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是螺线管磁铁的结构示意图；

图4是双向矫正磁铁的结构示意图；

图5是双向矫正磁铁与矫正管的结构示意图；

图6是第一直线往复移动机构与法拉第筒的的结构示意图；

图7是在没有第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15的磁场聚焦作用下，荧光靶探头测试的离子源在5kV下发射质子束束流的束斑；

图8是经过第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15的磁场聚焦作用下，荧光靶探头测试的离子源在5kV下发射质子束束流的束斑；

图中：离子源1、高压隔离罩2、开口3、前端发射口4、法兰盘5、第一螺线管磁铁6、第一波纹管7、第一管状部分8、三通9、第二波纹管10、真空插板阀11、双向矫正磁铁12、交流电流互感器13、内套管14、第二螺线管磁铁15、上部管状部分16、第二直线往复移动机构17、束测腔体18、发射度测量探头19、法拉第筒20、束流垃圾桶21、第二支撑架22、下管状部分23、固定法兰盘24、滑块25、第二分子泵26、导轨27、矫正管28、中轴线29、第一分子泵30、第二管状部分31、矩形框架32、支腿33、支架34、电源35、第一直线往复移动机构36、盖板37、对接法兰盘38、顶端对接端口39、左侧对接端口40、荧光靶探头41、第三直线往复移动机构42、右侧对接端口43、前盖板44、后盖板45、螺旋线圈46、外套管47、铁轭48、矩形框口49、框边50、电机51、封板52、波纹管53、管接口54、探头连杆55、穿孔56、丝母57、丝杠58、基座59、连接管60、第一支撑架61。

具体实施方式

如图1-图6所示的一种低能质子束流传输装置，包括沿纵向从后至前依次对接的离子源1、第一螺线管磁铁6、三通9、真空插板阀11、矫正管28、第二螺线管磁铁15、束测腔体18和束流垃圾桶21，束测腔体18可拆卸连接于第二螺线管磁铁15与束流垃圾桶21之间，交流电流互感器13(ACCT)和双向矫正磁铁12前后间隔地套设在矫正管28外圈，三通9其中一个端口对接第一分子泵30，束测腔体18内设发射度测量探头19、荧光靶探头41和法拉第筒20，束测腔体18设有抽气端口，束测腔体18的抽气端口对接第二分子泵26。

第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15均为螺线管磁铁(即电磁铁)，螺线管磁铁包括前盖板44、后盖板45、外套管47、内套管14和缠绕在内套管14外圈的螺旋线圈46，前盖板44和后盖板45前后间隔正对设置且两者均设有中心孔，外套管47固设在前盖板44与后盖板45之间，外套管47与前盖板44之间以及外套管47与后盖板45之间均为螺钉连接，外套管47间隔套设在内套管14外圈，螺旋线圈46设于内套管14与外套管47之间，内套管14前端向前穿插过前盖板44的中心孔并伸至前盖板44的前侧，内套管14后端向后穿插过后盖板45的中心孔并伸至后盖板45的后侧。

第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15产生的磁场极性相反，本实施例中，第一螺线管磁铁产生磁场的S极、N极分别在第一螺线管磁铁的前端、后端，第二螺线管磁铁产生磁场的N极、S极分别在第二螺线管磁铁的前端、后端；当然，本发明不拘泥于上述形式，第一螺线管磁铁产生磁场的N极、S极也可分别在第一螺线管磁铁的前端、后端，第二螺线管磁铁产生磁场的S极、N极也可分别在第二螺线管磁铁的前端、后端。

双向矫正磁铁12包含一个矩形框架状的铁轭48，铁轭48的四条框边50围设出一个矩形框口49，矫正管28穿插过铁轭48的矩形框口49，铁轭48的四条框边50上均缠绕有螺旋线圈46。

离子源1用于产生质子束束流，离子源1的前端口为发射束流的前端发射口4；三通9设有前端口、后端口和下端口，三通9包含前后水平延伸的第一管状部分8和竖直连通于第一管状部分8中部下侧的第二管状部分31，第一管状部分8的前端口、后端口分别为三通9的前端口、后端口，第二管状部分31的下端口为三通9的下端口，同时也为三通9的抽气端口，三通内气体从其抽气端口进入第一分子泵；束测腔体18设有后端口、前端口、下端口、左侧对接端口40、顶端对接端口39和右侧对接端口43，本实施例中，束测腔体18为三通管状，束测腔体18包含前后水平延伸的上部管状部分16和连通于上部管状部分16中部下侧的竖直的下部管状部分23，上部管状部分16后端设有管状的后端口，上部管状部分16的前端口和后端口分别为束测腔体18的前端口和后端口，下部管状部分23的下端口也为束测腔体18的下端口，束测腔体18的下端口同时为其抽气端口，束测腔体18内气体从其抽气端口进入第二分子泵，所述左侧对接端口40、顶端对接端口39和右侧对接端口43均设置在上部管状部分16的管壁上，并且左侧对接端口40、顶端对接端口39和右侧对接端口43围绕上部管状部分16的中心轴线沿圆周依次间隔设置，左侧对接端口40、顶端对接端口39和右侧对接端口43分别在上部管状部分16的管壁上的左端、顶端和右端，束测腔体18的后端口、左侧对接端口40、顶端对接端口39和右侧对接端口43均呈管状；束流垃圾桶21的后端口为其束流入口，第一分子泵30的上端口以及第二分子泵26的上端口分别为各自的进气端口。第一分子泵30和第二分子泵26的抽速均为1600L/s。

第一螺线管磁铁6依次通过第一波纹管7和连接管60对接三通9，三通9通过第二波纹管10对接真空插板阀11。优选的，内套管14、连接管60和矫正管28均采用内径为150mm，外径156mm的不锈钢管，不锈钢管内表面光洁度达到1.6，磁导率小于1.1。

离子源1、第一螺线管磁铁6、第一波纹管7、连接管60、三通9、第二波纹管10、真空插板阀11、矫正管28、第二螺线管磁铁15、束测腔体18和束流垃圾桶21为从后至前依次法兰连接，在离子源1的前端口处、第一螺线管磁铁6的内套管14的前后两端口处、第一波纹管7的前后两端口处、连接管60的前后两端口处、三通9的前后两端口处、第二波纹管10的前后两端口处、矫正管28的前后两端口处、第二螺线管磁铁15的内套管14的前后两端口处、束测腔体18的前后两端口处以及束流垃圾桶21的后端口处均固设有法兰盘5，矫正管28后端口处法兰盘5和第二波纹管10前端口处法兰盘5分别位于真空插板阀11的前后两侧，矫正管28后端口处法兰盘5的中心通孔和第二波纹管10前端口处法兰盘的中心通孔均与真空插板阀11的阀口对应，使得矫正管28后端口、真空插板阀11的阀口和第二波纹管10前端口为依次对应，当真空插板阀11的阀口打开，矫正管28后端口通过真空插板阀11的阀口连通第二波纹管10前端口，即矫正管28通过真空插板阀11的阀口连通第二波纹管10；三通9的下端口处、束测腔体18下端口处、第一分子泵30上端口处以及第二分子泵26上端口处均固设有固定法兰盘24；左侧对接端口40处、顶端对接端口39处和右侧对接端口43处均固设有对接法兰盘38。

离子源1前端口处的法兰盘5与第一螺线管磁铁6内套管14后端口处的法兰盘5通过数个螺栓固定连接，第一螺线管磁铁6内套管14前端口处的法兰盘5与第一波纹管7后端口处法兰盘5通过数个螺栓固定连接，第一波纹管7前端口处法兰盘5与连接管60后端口处的法兰盘5通过数个螺栓固定连接，连接管60前端口处的法兰盘5与三通9后端口处法兰盘5通过数个螺栓固定连接，三通9前端口处法兰盘5与第二波纹管10后端口处法兰盘5通过数个螺栓固定连接，第二波纹管10前端口处法兰盘5通过数个螺钉固定连接于真空插板阀11后侧，矫正管28后端口处法兰盘5通过数个螺钉固定连接于真空插板阀11前侧，矫正管28前端口处法兰盘5与第二螺线管磁铁15内套管14后端口处的法兰盘5通过数个螺栓固定连接，第二螺线管磁铁15内套管14前端口处的法兰盘5与束测腔体18后端口处法兰盘5通过数个螺栓固定连接，束测腔体18前端口处法兰盘5与束流垃圾桶21后端口处法兰盘5通过数个螺钉固定连接；三通9下端口处固定法兰盘24与第一分子泵30上端口处固定法兰盘24通过数个螺栓固定连接，第一分子泵设于三通下侧，三通9下端口与第一分子泵30上端口上下连通；束测腔体18下端口处固定法兰盘24与第二分子泵26上端口处固定法兰盘24通过数个螺栓固定连接，第二分子泵设于束测腔体下侧，束测腔体18下端口(即抽气端口)与第二分子泵26上端口上下连通。

这样，当真空插板阀11阀口打开，离子源1、第一螺线管磁铁6、第一波纹管7、连接管60、三通9、第二波纹管10、真空插板阀11阀口、矫正管28、第二螺线管磁铁15、束测腔体18和束流垃圾桶21为从后至前依次连通，离子源1发射的质子束束流沿一条前后水平延伸的中轴线29向前依次通过第一螺线管磁铁6内套管14、第一波纹管7、连接管60、三通9第一管状部分8、第二波纹管10、真空插板阀11阀口、矫正管28、第二螺线管磁铁15内套管14进入束测腔体18上部管状部分内，最后多余的质子束束流进入束流垃圾桶21。第一螺线管磁铁6内套管14的中心轴线、第一波纹管7的中心轴线、连接管60的中心轴线、三通9第一管状部分8的中心轴线、第二波纹管10的中心轴线、真空插板阀11阀口的中心轴线、矫正管28的中心轴线、第二螺线管磁铁15内套管14的中心轴线、束测腔体18上部管状部分16的中心轴线以及束流垃圾桶21中心轴线均与该中轴线29重合，该中轴线29也为束流的中心线。当真空插板阀11阀口关闭，第二波纹管10与矫正管28之间断开、不连通。

上部管状部分16的内腔为束测腔，法拉第筒20、发射度测量探头19和荧光靶探头41均设于束测腔内，法拉第筒20、发射度测量探头19和荧光靶探头41可分别由第一直线往复移动机构36、第二直线往复移动机构17和第三直线往复移动机构42带动至束测腔体内质子束束流经过的同一位置上，发射度测量探头19、荧光靶探头41和法拉第筒20均可直线往复移动，进一步地，发射度测量探头19、荧光靶探头41和法拉第筒20可在各自直线往复移动机构的带动下沿径向移至上部管状部分16的中心轴线上的同一检测位置上。

第一直线往复移动机构36、第二直线往复移动机构17和第三直线往复移动机构42带动均为直线往复移动机构，直线往复移动机构包括设置穿孔56的盖板37、盖板37外侧固设的基座59、一根波纹管53、设于波纹管53内的探头连杆55、基座59上安装的电机51和基座59上设置的丝母丝杠机构，丝母丝杠机构包括基座59上设置的丝杠58和丝杠58上设置的丝母57，基座59位于束测腔体18外侧，电机51的输出轴对接丝母丝杠机构中的丝杠58端部，电机51带动丝杠58转动，丝母57在丝杠58上可沿着丝杠58直线往复移动，丝母丝杠机构及其与电机51的连接方式均为现有技术，故不详细叙述，本实施例中，电机51为伺服电机或者步进电机；盖板37外侧固设有与穿孔56正对且连通的管接口54，管接口54位于束测腔体18外侧，波纹管53一端固设封板52以对波纹管53一端进行封闭、另一端固定对接管接口54，丝母57固定连接封板52，丝杠58与探头连杆55平行，探头连杆55一端固定连接封板52、另一端伸出波纹管53外并依次穿插过管接口54和穿孔56，探头连杆55沿上部管状部分16的径向延伸，探头连杆55可沿上部管状部分16的径向方向直线往复移动；

第一直线往复移动机构36的盖板37通过数个螺栓固定连接束测腔体18左侧对接端口40处的对接法兰盘38，第一直线往复移动机构36位于上部管状部分16的左侧，第一直线往复移动机构36的丝杠58、波纹管53和探头连杆55均左右水平设置，第一直线往复移动机构36的探头连杆55另一端(右端)固定连接所述法拉第筒20，法拉第筒20前后水平设置，第一直线往复移动机构36的丝母57可沿着丝杠58左右水平移动，第一直线往复移动机构36上的封板52、探头连杆55以及法拉第筒20均随之左右水平直线移动，上部管状部分16内腔左端为法拉第筒20的初始位置，法拉第筒20可在探头连杆的带动下，沿径向从上部管状部分16内腔左端直线右移至上部管状部分16的中心轴线上的检测位置上，使法拉第筒20的中心轴线与上部管状部分16的中心轴线重合。

第二直线往复移动机构17的盖板37通过数个螺栓固定连接束测腔体18顶端对接端口39处的对接法兰盘38，第二直线往复移动机构17位于上部管状部分16的上侧，第二直线往复移动机构17的丝杠58、波纹管53和探头连杆55均竖直设置，第二直线往复移动机构17的探头连杆55另一端(下端)固定连接所述发射度测量探头19，第二直线往复移动机构17的丝母57可沿着丝杠58竖直上下移动，第二直线往复移动机构17上的封板52、探头连杆55以及发射度测量探头19均随之竖直上下直线移动，上部管状部分16内腔顶端为发射度测量探头19的初始位置，发射度测量探头19可在探头连杆的带动下沿径向从上部管状部分16内腔顶端下移至上部管状部分16的中心轴线上的检测位置上。

第三直线往复移动机构42的盖板37通过数个螺栓固定连接束测腔体18右侧对接端口43处的对接法兰盘38，第三直线往复移动机构42位于上部管状部分16的右侧，第三直线往复移动机构42的丝杠58、波纹管53和探头连杆55均左右水平设置，第三直线往复移动机构42的探头连杆55另一端(左端)固定连接所述荧光靶探头41，第三直线往复移动机构42的丝母57可沿着丝杠58左右水平移动，第三直线往复移动机构42的封板52、探头连杆55以及荧光靶探头41均随之左右水平直线移动，荧光靶探头41可在探头连杆的带动下沿径向从上部管状部分16内腔右端左移至上部管状部分16的中心轴线上的检测位置上，上部管状部分16内腔右端为荧光靶探头41的初始位置。

离子源1、第一螺线管磁铁6、第一波纹管7、连接管60、三通9、第二波纹管10、真空插板阀11、矫正管28、第二螺线管磁铁15、束测腔体18和束流垃圾桶21均设于支架34上侧，支架34包括水平的矩形框架32和固设在矩形框架32下侧的数根支腿33。第一分子泵30和第二分子泵26均位于支架34的矩形框架32下侧。

第一螺线管磁铁6、第二螺线管磁铁15、三通9和束测腔体18均通过滑动组件滑动连接于支架34上，滑动方向为前后方向，滑动组件包含固设在支架34的矩形框架32上侧的两导轨27和滑动连接在导轨27上的数个滑块25，导轨27为前后水平直线延伸，两导轨左右间隔平行设置，滑块可沿导轨前后水平移动，滑动组件的型号为SBR35。第一螺线管磁铁6的外套管47下侧和第二螺线管磁铁15的外套管47下侧均固设第一支撑架61，三通9前端口处法兰盘5下侧、三通9后端口处法兰盘5下侧、束测腔体18前部下侧以及束测腔体18后部下侧均固设有第二支撑架22，第一支撑架61下侧前后间隔的固设两对滑块25，第二支撑架22下侧固设有一对滑块25，一对滑块25包含左右间隔设置的两滑块25，成对的两滑块25分别滑动连接于两根导轨27上；

滑动组件更方便安装法兰盘5。

所述离子源1及其电源35均设于高压隔离罩2内，电源35为离子源1供电，高压隔离罩2设有开口3，离子源1的前端发射口4位于高压隔离罩2的开口3处，使得离子源1前端口处的法兰盘5可以与第一螺线管磁铁6内套管14后端口处的法兰盘5固定在一起。

低能质子束流传输装置和离子源1的地电极处于同一个地电位。

本发明所述的一种低能质子束流传输装置，工作时，真空插板阀11阀口打开，质子束束流从离子源1的前端口向前发出，质子束束流沿一条前后水平延伸的中轴线29向前依次通过第一螺线管磁铁6内套管14、第一波纹管7、连接管60、三通9的第一管状部分8、第二波纹管10、真空插板阀11阀口、矫正管28、第二螺线管磁铁15内套管14进入束测腔体18的上部管状部分内，最后多余的质子束束流进入束流垃圾桶21，第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15均产生纵向磁场，通过调节第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15的电流大小，来实现质子束发射度、Twiss参数与次级加速装置(例如：射频四极加速器RFQ)的匹配；双向矫正磁铁12用于矫正质子束束流的横向(左右)偏移，即在束流运动方向横截面上的二维调节，交流电流互感器(ACCT)用于根据电磁感应测试脉冲束流流强；第一分子泵30和第二分子泵26分别用于维持三通9内腔和束测腔体18内腔的高真空度，法拉第筒20负责测试质子束束流流强，荧光靶探头41测试束流截面形状，发射度测量探头19测试束流发射度，由于法拉第筒20、发射度测量探头19和荧光靶探头41可分别由第一直线往复移动机构36、第二直线往复移动机构17和第三直线往复移动机构42带动至束测腔体内质子束束流经过的同一检测位置，若法拉第筒20、发射度测量探头19和荧光靶探头41同时到达该检测位置，则三者会发生碰撞干涉，因此，为了防止干涉，法拉第筒20、发射度测量探头19和荧光靶探头41中其一到达检测位置进行测量时，其余两个都需收回至初始位置。法拉第筒20、发射度测量探头19和荧光靶探头41都属于截断式的测量装置，截断式指将束流全部阻挡。

束测腔体18是为了临时代替RFQ加速器的位置，目的是为了测试束流在进入RFQ加速器时的性能参数。当质子束发射度、Twiss参数、截面形状和流强均与RFQ加速器相匹配时，将束测腔体18卸下，将RFQ加速器连接在第二螺线管磁铁15的内套管14与束流垃圾桶21之间即可。

图7为在没有第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15的磁场聚焦作用下，通过荧光靶探头测试的离子源在5kV下发射质子束束流的束斑大小，其归一化均方根(RMS)发射度为0.13π·mm·mrad，但是在经过第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15的磁场聚焦下，当第一螺线管磁铁6和第二螺线管磁铁15的磁场强度均为3000gs时，荧光靶探头测得的离子源在5kV下发射质子束束流的束斑如图8所示，归一化均方根(RMS)发射度为0.1π·mm·mrad，图中(a)处曲线图显示了横向位置与发光强度的曲线，图中(b)处曲线图显示了纵向位置与发光强度的曲线。束流可以实现超过95％的传输效率。

Claims (5)

1.一种低能质子束流传输装置，其特征在于：包括沿纵向从后至前依次对接的离子源(1)、第一螺线管磁铁(6)、三通(9)、真空插板阀(11)、矫正管(28)、第二螺线管磁铁(15)、束测腔体(18)和束流垃圾桶(21)，束测腔体(18)可拆卸连接于第二螺线管磁铁(15)与束流垃圾桶(21)之间，交流电流互感器(13)和双向矫正磁铁(12)前后间隔地套设在矫正管(28)外圈，三通(9)其中一个端口对接第一分子泵(30)，束测腔体(18)内设发射度测量探头(19)、荧光靶探头(41)和法拉第筒(20)，法拉第筒(20)、发射度测量探头(19)和荧光靶探头(41)可分别由第一直线往复移动机构(36)、第二直线往复移动机构(17)和第三直线往复移动机构(42)带动至束测腔体(18)内质子束束流经过的位置，

束测腔体(18)设有抽气端口，束测腔体(18)的抽气端口对接第二分子泵(26)，

当真空插板阀(11)阀口打开，离子源(1)、第一螺线管磁铁(6)、三通(9)、真空插板阀(11)阀口、矫正管(28)、第二螺线管磁铁(15)、束测腔体(18)和束流垃圾桶(21)为从后至前依次连通，

离子源(1)用于产生质子束束流，第一螺线管磁铁(6)和第二螺线管磁铁(15)均用于产生纵向磁场并对质子束束流聚焦，法拉第筒(20)用于测试质子束束流流强，荧光靶探头(41)用于测试质子束束流截面形状，发射度测量探头(19)用于测试质子束束流发射度；第一螺线管磁铁(6)和第二螺线管磁铁(15)产生的磁场极性相反；

束测腔体(18)设有左侧对接端口(40)、顶端对接端口(39)和右侧对接端口(43)，左侧对接端口(40)、顶端对接端口(39)和右侧对接端口(43)处均固设有对接法兰盘(38)；第一直线往复移动机构(36)、第二直线往复移动机构(17)和第三直线往复移动机构(42)均为直线往复移动机构，直线往复移动机构包括设置穿孔(56)的盖板(37)、盖板(37)外侧固设的基座(59)、一根波纹管(53)、设于波纹管(53)内的探头连杆(55)、基座(59)上安装的电机(51)和基座(59)上设置的丝母丝杠机构，电机(51)带动丝母丝杠机构，盖板(37)外侧固设有与穿孔(56)正对且连通的管接口(54)，波纹管(53)一端固设封板(52)、另一端固定对接管接口(54)，丝母(57)固定连接封板(52)，探头连杆(55)一端固定连接封板(52)、另一端伸出波纹管(53)外并依次穿插过管接口(54)和穿孔(56)；

第一直线往复移动机构(36)的盖板(37)固定连接左侧对接端口(40)处的对接法兰盘(38)，第一直线往复移动机构(36)的探头连杆(55)另一端穿过左侧对接端口(40)固定连接所述法拉第筒(20)，

第二直线往复移动机构(17)的盖板(37)固定连接顶端对接端口(39)处的对接法兰盘(38)，第二直线往复移动机构(17)的探头连杆(55)另一端穿过顶端对接端口(39)固定连接所述发射度测量探头(19)，

第三直线往复移动机构(42)的盖板(37)固定连接右侧对接端口(43)处的对接法兰盘(38)，第三直线往复移动机构(42)的探头连杆(55)另一端穿过右侧对接端口(43)固定连接所述荧光靶探头(41)。

2.如权利要求1所述的一种低能质子束流传输装置，其特征在于：双向矫正磁铁(12)包含一个矩形框架状的铁轭(48)，铁轭(48)的四条框边(50)上均缠绕有螺旋线圈(46)。

3.如权利要求1所述的一种低能质子束流传输装置，其特征在于：第一螺线管磁铁(6)、第二螺线管磁铁(15)、三通(9)和束测腔体(18)均通过滑动组件滑动连接于支架(34)上，滑动方向为前后方向。

4.如权利要求1所述的一种低能质子束流传输装置，其特征在于：法拉第筒(20)、发射度测量探头(19)和荧光靶探头(41)可分别由第一直线往复移动机构(36)、第二直线往复移动机构(17)和第三直线往复移动机构(42)带动至束测腔体(18)内质子束束流经过的同一位置。

5.如权利要求1所述的一种低能质子束流传输装置，其特征在于：所述离子源(1)及其电源(35)均设于高压隔离罩(2)内，高压隔离罩(2)设有开口(3)，离子源(1)的前端发射口(4)位于高压隔离罩(2)的开口(3)处。