CN207318733U - 一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，所述结构包括：PCB板、探测线圈A、有机玻璃、探测线圈B；有机玻璃固定在束流管道壁上，PCB板固定在有机玻璃上，探测线圈A和探测线圈B固定在PCB板上，其中，探测线圈A与探测线圈B接地方向相反；解决了现有的探测结构复杂，工业要求较高的技术问题，实现了结构简单，工艺要求较低，且对束流的传输没有任何影响，提高了束流半径诊断效率的技术效果。

Description

一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构

技术领域

本实用新型涉及线感应电子加速器试验领域，具体地，涉及一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构。

背景技术

目前在直线感应电子加速器中被广泛使用的束流半径诊断技术有胡椒屏法和渡越辐射法，如图1-图2所示。如胡椒屏法如图1所示。渡越辐射法如图2所示。

上述诊断技术都是直接拦截束流对其进行诊断，在系统稳定的情况下可以用大量束流的统计平均值来估算当前实验束流的半径或发射度。实验效率低，当系统出现不稳定时无法立刻判断出来，对束流的传输具有影响。同时这些方法装置布局相对繁琐，实验效率较低，不易满足现在的实验需求。

美国W.E.Nexsen提出的是单个线圈的测量结构，可以解决上述问题，但是由于径向电场的强度远大于束流旋转产生的轴向磁场的强度，为了屏蔽径向电场的影响和提高信噪比，添加了一层5μm镍铬合金薄膜并在线圈后加入磁环，如图3所示，这种结构对工艺的要求比较高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，解决了现有的探测结构复杂，工业要求较高的技术问题，实现了结构简单，工艺要求较低，且对束流的传输没有任何影响，提高了束流半径诊断效率的技术效果。

为实现上述实用新型目的，本申请提供了一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，所述结构包括：

PCB板、探测线圈A、有机玻璃、探测线圈B；有机玻璃固定在束流管道壁上，PCB板固定在有机玻璃上，探测线圈A和探测线圈B固定在PCB板上，其中，探测线圈A与探测线圈B接地方向相反。

本申请中的双线圈的新型探测结构，两组单砸线圈独立且接地方向相反，这种结构简单，工艺要求较低，并且从理论上有效解决了电场干扰和损失的问题。束流在运动过程中本身激发出电磁场，这种结构的探头通过线圈的电磁感应原理，可以同时获得磁场和电场信息，通过简单的信号分析可以快速将两者分离并处理，实现束流半径和流强的实时诊断。此外该结构可以与轴向B-dot探头结合，在获得束流半径和流强信息的同时获得束流偏轴信息，实现束流诊断探头的集成。径向电场和轴向磁场在探头上产生的信号是耦合在一起的，采用两个接地方向相反的反磁线圈，就可以将两种信号区分开，从而更全面的获取束流的信息。

进一步的，探测线圈A和探测线圈B均为单砸线圈，且相互独立，磁场感应的电动势和电场感应的电动势在接地端相反的情况下方向变化不同。

进一步的，所述结构还包括外壳，PCB板、探测线圈A、有机玻璃、探测线圈B均位于外壳内，外壳与束流管道壁连接。外壳为密封金属外壳，进行保护。

进一步的，为了消除不对称性带来的误差，双线圈结构上改善了探头的引出和支撑结构，这些改变增强了两个反磁线圈的电磁对称性。所述结构还包括：BNC接头、同轴线、多个轴向B-dot环、多个角向B-dot环、i-pex接头，探测线圈A和探测线圈B分别通过同轴线与BNC接头连接，轴向B-dot环与角向B-dot环交叉均匀分布在PCB板的截面圆周上，i-pex头位于任意轴线B-dot环与角向B-dot环中间，束流管道从PCB板穿过，束流管道中心线与PCB板截面中心线重合。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

解决了现有的探测结构复杂，工业要求较高的技术问题，实现了结构简单，工艺要求较低，且对束流的传输没有任何影响，提高了束流半径诊断效率的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定；

图1是胡椒屏法的原理示意图；

图2是渡越辐射法原理示意图；

图3是单个线圈结构的结构示意图；

图4是本申请中探测结构的结构示意图；

图5-图7为探测结构改进引出后结构的结构示意图；

图8-图9是轴向磁场信号和径向电场信号方向示意图。

其中，1—螺线管；2—监测束位置电阻；3—多孔板；4—铝箔；5—荧光屏；6—反射镜；7—有机玻璃；8—相机；9—磁环；10—探测线圈；11—酚醛塑胶板；12—束流管道壁；13—金属薄膜；14—PCB板；15—探测线圈A；16—有机玻璃；17—探测线圈B；18-外壳；19—BNC头；20—同轴线；21—改进后探测线圈A；22—改进后探测线圈B；23—轴向B-dot环；24—角向B-dot环；25—i-pex头。

具体实施方式

本实用新型提供了一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，解决了现有的探测结构复杂，工业要求较高的技术问题，实现了结构简单，工艺要求较低，且对束流的传输没有任何影响，提高了束流半径诊断效率的技术效果。

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请提出了一种双线圈的新型探测结构，两组单砸线圈独立且接地方向相反，这种结构简单，工艺要求较低，并且从理论上有效解决了电场干扰和损失的问题。束流在运动过程中本身激发出电磁场，这种结构的探头通过线圈的电磁感应原理，可以同时获得磁场和电场信息，通过简单的信号分析可以快速将两者分离并处理，实现束流半径和流强的实时诊断。此外该结构可以与轴向B-dot探头结合，在获得束流半径和流强信息的同时获得束流偏轴信息，实现束流诊断探头的集成。

实现在加速器整个束流传输线对感兴趣的地方进行定点测量束流半径，测量装置简单，且对束流的传输没有任何影响，提高了束流半径诊断效率。获得了束流半径之后，可以通过修正三梯度法或者传输矩阵法还可以求得束流的发射度。

直线感应电子加速器中，束流在通过螺线管线圈磁场区域时聚焦，同时发生旋转产生轴向磁通Φ_beam，在轴对称情况下Φ_beam守恒，有以下关系式：

其中B(0，z)为螺线管线圈中心z方向的磁场，l_z为束流的强度，γ，β为相对论因子，m为电子质量，μ₀为真空磁导率，c为光速，e为电子电荷量，B为磁场强度。轴向磁通的变化会在反磁回路线圈中感生出电压信号：

其中η为反磁回路线圈的灵敏度因子，考虑到腔体上的壁电流会产生一个反向的磁通Φ_wall，有效信号会被削弱，

其中R_l，R_p分别是反磁回路线圈和束流管道半径。式(3)给出的表达式只适用于平滑的束流管道。但是实际应用中为了避免杂散电子轰击，一般会将反磁回路线圈放置在一个凹槽内。凹槽结构对磁场有很强屏蔽效应^[6]，因此在应用过程中还需要对灵敏度因子进行修正。

美国W.E.Nexsen提出的是单个线圈的测量结构，由于径向电场的强度远大于束流旋转产生的轴向磁场的强度，为了屏蔽径向电场的影响和提高信噪比，添加了一层5μm镍铬合金薄膜并在线圈后加入磁环，如图3所示，这种结构对工艺的要求比较高。理论上径向电场和轴向磁场在探头上产生的信号是耦合在一起的，但是如果采用两个接地方向相反的反磁线圈，就可以将两种信号区分开，从而更全面的获取束流的信息。图4是本申请中有两个反磁回路线圈的新型探头结构示意图。

为了消除不对称性带来的误差，我们还在第一代双线圈结构上改善了探头的引出和支撑结构，这些改变增强了两个反磁线圈的电磁对称性。结构如图5-图7所示。BNC头和同轴线用来屏蔽杂散电磁波，在复杂电磁环境中使得探测器可以正常稳定工作。

两个线圈的接地端相反，如下图8-图9所示：假定电流顺时针为正，电势为相关方向，图5-图7U_E为电场感应出的电压，U_B为磁场感应出的电压，I_E和I_B分别为电场和磁场感应出的电流。每个线圈的信号由两部分组成，差模信号和共模信号：差模信号与电子束流半径相关，共模信号与电子束流的流强相关。轴向磁场Bz产生的信号是两线圈的差模信号(线圈A和线圈B的信号差)，径向电场Er产生的信号是共模信号(线圈A和线圈B的信号的和)。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，其特征在于，所述结构包括：

PCB板、探测线圈A、有机玻璃、探测线圈B；有机玻璃固定在束流管道壁上，PCB板固定在有机玻璃上，探测线圈A和探测线圈B固定在PCB板上，其中，探测线圈A与探测线圈B接地方向相反。

2.根据权利要求1所述的直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，其特征在于，探测线圈A和探测线圈B均为单砸线圈，且相互独立。

3.根据权利要求1所述的直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，其特征在于，所述结构还包括外壳，PCB板、探测线圈A、有机玻璃、探测线圈B均位于外壳内，外壳与束流管道壁连接。

4.根据权利要求1所述的直线感应电子加速器中的双线圈新型探测结构，其特征在于，所述结构还包括：BNC接头、同轴线、多个轴向B-dot环、多个角向B-dot环、i-pex接头，探测线圈A和探测线圈B分别通过同轴线与BNC接头连接，轴向B-dot环与角向B-dot环交叉均匀分布在PCB板的截面圆周上，i-pex头位于任意轴向B-dot环与角向B-dot环中间，束流管道从PCB板穿过，束流管道中心线与PCB板截面中心线重合。