CN207650406U - 一种电子加速器的束流品质测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子加速器的束流品质测量装置，包括：法拉第筒检测装置及在线束流流强探测装置，所述法拉第筒检测装置包括：网状框架、设置在网状框架上的钛箔、设置在网状框架下方的狭缝状法拉第筒及与狭缝状法拉第筒连接的数据采集系统，在线束流流强探测装置包括一探测器及能够带动探测器移动穿过电子束穿过区域的驱动装置，驱动装置能够将探测器的位置信息反馈至数据采集系统，所述探测器能够检测到的电子束的流强线密度并反馈至数据采集系统。本实用新型可通过法拉第筒检测装置及在线束流流强探测装置分别完成束流流强测量检测和在线束流分布测量，可以测量束流的分布情况、真实引出流强大小、以及引出效率，具高的通用性。

Description

一种电子加速器的束流品质测量装置

技术领域

本实用新型涉及电子束检测领域，特别是一种电子加速器的束流品质测量装置。

背景技术

对工业用的低能辐照加速器来说，通常关注其与辐照产品运行方向相垂直的方向上的一维束流分布情况，对于与辐照产品运行方向平行方向上的束流分布情况并无太多严格要求，只需满足钛窗散热要求即可。束流分布情况决定辐照产品质量的好坏，是评价低能辐照加速器优劣的一个重要指标。也是低能辐照加速器设计优化的重要参考指标之一。需要被精准的测量。

低能电子加速器所发射的电子束能量通常低于300keV，电子束(宽度可达3m。它使用非常薄(8μm～15μm)的钛箔来减少低能电子在穿越钛箔时在钛箔上的能量损失。为了避免大面积超薄钛箔因承受大气压力而损毁，钛箔通常由开圆孔或矩形缝的网状框架支撑，这势必会阻挡部分电子束流，造成真实引出流强与高压电源负载流强的偏差。真实引出流强与高压电源负载流强的比值为该加速器的束流引出效率。支撑的束流阻挡会造成束功率损失，并增加低能辐照加速器的散热负担，因此，束流引出效率是评价低能电子辐照加速器优劣的另一个重要指标之一；同时低能辐照加速器真实引出束流流强大小的准确测量，对后续的辐照工艺安排有重要意义。

在大截面束流不均匀度测量方法上，现在通用的方法是用金属棒阵列法、剂量片阵列法、法拉第桶阵列法。

特别是金属棒阵列法，普遍被加速器生产厂家和使用厂家采用。这些方法可以粗略的得出束流分布的情况，但通常位置分辨率较差，很难对加速器束流分布优化提供详细信息。

如果提高检测的精度，需要增加金属棒条、剂量片、法拉第筒的数目，如对3m宽的束流进行测量，每隔30mm放置一金属棒，即位置分辨率为30mm，则需要101根，测量装置设计和后续数据采集将异常复杂。

在低能电子辐照加速器束流引出效率以钛窗支撑的几何占空比来估算，用高压电源负载电流与钛窗支撑的几何占空比的乘积来表示引出流强的大小，这些值并非测量值，而是估算值。电子束在引出时，出射方向并不都是垂直的，绝大部分电子都以一小角度引出，有一部分电子会打在支撑框架上的筋条的侧面而损失。所以用钛窗支撑几何占空比来代替低能电子加速器的引出效率是不准确的，以上估值比真实值都要大一些。用法拉第筒来测量小截面的束流强度是一种通用准确的做法，但对于大截面如3m宽度的束流，将很难实现，或在成本上不可接受。

工业用低能辐照电子加速器对国内来说是一种新型加速器，国内对其束流品质测量还没有形成统一的标准。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种可以进行在线的束流分布状况测量，及束流流强测量的电子加速器的束流品质测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电子加速器的束流品质测量装置，包括：

法拉第筒检测装置，所述法拉第筒检测装置包括：网状框架、设置在网状框架上的钛箔、设置在网状框架下方的狭缝状法拉第筒及与狭缝状法拉第筒连接的数据采集系统，电子束能够从网状框架经网状框架的缝隙中穿过钛箔，所述狭缝状法拉第筒能够检测穿过钛箔的电子束的流强线密度，并将电子束的流强线密度数据反馈至数据采集系统；

在线束流流强探测装置，所述在线束流流强探测装置包括一设置在网状框架下方的探测器及能够带动探测器移动穿过电子束穿过区域的驱动装置，所述探测器与驱动装置与数据采集系统连接，所述驱动装置能够将探测器的位置信息反馈至数据采集系统，所述探测器能够检测到其所在位置的电子束的流强线密度并将该电子束的流强线密度信息反馈至数据采集系统。

所述探测器包括一支撑架及一束流探测丝，所述支撑架上具有两组间隔与电子束穿过区域的宽度匹配的支撑臂，所述束流探测丝两端分别连接至支撑臂的端部，当探测器移动穿过电子束穿过区域时，所述束流探测丝扫过电子束穿过区域，所述束流探测丝连接至数据采集系统。

所述束流探测丝的两端分别设置有一绝缘的连接套，所述连接套上设置有外螺纹柱，所述支撑臂上设置有与所述外螺纹柱螺纹配合的螺孔，通过旋转连接套可调节束流探测丝的松紧情况。

还包括一机架，所述驱动装置包括一固定在机架上的电机、及滑动设置在机架上的滑块，所述探测器设置在滑块上，所述电机通过一丝杆机构连接至滑块。

所述滑块上设置有位移传感器，所述位移传感器能够将滑块的位移信息反馈至数据采集系统。

本实用新型的有益效果是：一种电子加速器的束流品质测量装置，包括：法拉第筒检测装置及在线束流流强探测装置，所述法拉第筒检测装置包括：网状框架、设置在网状框架上的钛箔、设置在网状框架下方的狭缝状法拉第筒及与狭缝状法拉第筒连接的数据采集系统，电子束能够从网状框架经网状框架的缝隙中穿过钛箔，所述狭缝状法拉第筒能够检测穿过钛箔的电子束的流强线密度，并将电子束的流强线密度数据反馈至数据采集系统；所述在线束流流强探测装置包括一设置在网状框架下方的探测器及能够带动探测器移动穿过电子束穿过区域的驱动装置，所述探测器与驱动装置与数据采集系统连接，所述驱动装置能够将探测器的位置信息反馈至数据采集系统，所述探测器能够检测到其所在位置的电子束的流强线密度并将该电子束的流强线密度信息反馈至数据采集系统。

本实用新型可通过法拉第筒检测装置及在线束流流强探测装置分别完成束流流强测量检测和在线束流分布测量，使用电机驱动并带动滑块上的探测丝匀速扫过束流辐照区域，探测丝接受束流辐照而产生电流信号，通过记录此信号及位置信息，即可得到在某一维度上的束流相对分布情况；使用1个狭缝状法拉第筒来精确测量束流辐照区域内的某窄条状区域的流强大小，得出在某位置的线密度，根据上述中所得到的束流分布曲线，进行积分，进而得到低能辐照加速器的真实引出流强大小。是一种高分辨率、高精度、简单易行、低成本的大截面束流品质测量装置和方法，可在增加极少装置成本的条件下，测量任意宽阔束流的分布及引出情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构原理图；

图2是本实用新型的俯视图。

具体实施方式

参照图1、图2，图1、图2是本实用新型一个具体实施例的结构示意图，如图所示，一种电子加速器的束流品质测量装置，包括：法拉第筒检测装置和在线束流流强探测装置。

所述法拉第筒检测装置包括：网状框架3、设置在网状框架3上的钛箔2、设置在网状框架3下方的狭缝状法拉第筒9及与狭缝状法拉第筒9连接的数据采集系统15，电子束1能够从网状框架3经网状框架3的缝隙中穿过钛箔2，所述狭缝状法拉第筒9能够检测穿过钛箔2的电子束的流强线密度，并将电子束1的流强线密度数据反馈至数据采集系统15。

在本实用新型中，所涉及的法拉第筒检测装置为本领域已有检测装置，其检测原理及检测方法在此不作详述。

所述在线束流流强探测装置包括一设置在网状框架3下方的探测器7及能够带动探测器7移动穿过电子束穿过区域的驱动装置，所述探测器7与驱动装置与数据采集系统15连接，所述驱动装置能够将探测器7的位置信息反馈至数据采集系统15，所述探测器7能够检测到其所在位置的电子束的流强线密度并将该电子束的流强线密度信息反馈至数据采集系统15。

数据采集系统15一般包括数据采集卡及能够分析数据的PC系统，为常见的数据处理装置，在此不作详述

优选的，所述探测器7包括一支撑架70及一束流探测丝8，所述支撑架70上具有两组间隔与电子束穿过区域的宽度匹配的支撑臂71，所述束流探测丝8两端分别连接至支撑臂71的端部，当探测器7移动穿过电子束穿过区域时，所述束流探测丝8扫过电子束穿过区域，所述束流探测丝8连接至数据采集系统15，一般的束流探测丝8在网状框架3下方5mm-15mm处。

优选的，所述束流探测丝8的两端分别设置有一绝缘的连接套81，所述连接套81上设置有外螺纹柱，所述支撑臂71上设置有与所述外螺纹柱螺纹配合的螺孔，通过旋转连接套81可调节束流探测丝8的松紧情况，使用时，连接套81用于张紧束流探测丝8，以保证探测的精度。

优选的，本实用新型还包括一机架，所述驱动装置包括一固定在机架上的电机4、及滑动设置在机架上的滑块5，所述探测器7设置在滑块5上，所述电机4通过一丝杆机构41连接至滑块5。

优选的，在本实施例中，所述网状框架3包括若干分隔条，分隔条间隔分布形成格栅状结构，电子束能够从相邻分隔条之间的间隔穿过，优选的，在本实施例中，所述分隔条为长条板状结构，其两端转动设置在网状框架3上，且分隔条端部设置有一链轮，所述网状框架3上设置有一间隙调整电机，所述间隙调整电机能够通过主动链轮及链条与链轮连接，当间隙调整电机转动时能够带动分隔条转动，从而调整相邻分隔条之间的间隙，测量时，可根据不同的测量要求，调整网状框架3的间隙，满足不同的测试要求。

优选的，所述滑块5上设置有位移传感器，所述位移传感器能够将滑块5的位移信息反馈至数据采集系统15，在本实施例中，所述位移传感器能够检测束流探测丝8的位置信号x，单位为mm。

优选的，所述束流探测丝8通过柔性导线连接至I/V转换模块13，I/V转换模块13经过信号放大模块14连接至数据采集系统15，该过程为一般的信号转换及放大处理，在此不作详述。

当束流探测丝8开始扫过束流区域时，受到电子辐照，而产生电流信号I′(x)，单位为安培A，此电流信号代表扫描丝所接受到的束流大小，设束流探测丝8的直径为d，单位mm。

则，此时x处的束流线密度为：

使用I/V转换模块13，同时采集某一时刻扫描丝的位置数值x和束流信号I′(x)，通过此步骤，我们以x为横坐标，对应的ρ(x)为纵坐标，我们可以获得扫描丝在某一时刻的束流整体的相对分布情况。

该束流分布测量方法的位置分辨率与束流探测丝8沿x轴的运动速度和数据采集卡的采样频率相关，以3m宽的束流为例，设定扫描丝8的速度为40mm/s，多功能数据采集卡的采样率为每秒80个数据，即40mm/s×1s÷80＝0.5mm读取一次数据，位置分辨率为0.5mm，测量时间为3m÷40mm/s＝75秒。位置分辨率远大于目前通用的棒条法。我们而目前即使低端的数据采集卡的最大采样率已经可以轻易的1000以上。

在测试过程中，首先通过在线束流流强探测装置进行在线束流流强探测，而在在线束流流强探测过程中，束流探测丝8，接受电子束辐照时，将会打出二次电子，造成测量结果与真正的引出流强之间有偏差，所以上述测试过程中，测量结果仅为相对的束流分布。

为了消除二次电子对束流流强测量的影响在x轴的某位置，如束流宽度的中点，放置一狭缝状法拉第筒9，来测量此点的真实流强线密度。狭缝法拉第筒由拦截法拉第筒、二次电子抑制极、绝缘层、底座构成。电子束穿过窄条狭缝，打在法拉第筒底部而产生电流信号，所打出的二次电子被抑制极所产生的电场抑制而返回法拉第筒内部，被法拉第筒收集，从而避免了二次电子对真实流强测量的影响。设狭缝宽度为t，采集到的流强数据为I′′(x)，则，位置x处的线密度为：

与上述测量过程中由束流探测丝测量束流宽度的中点位置的ρ(x)比值称为修正系数K。

则根据上述测量中所测量出的分布曲线ρ(x)的积分，即可得到整个低能电子加速器真实引出的流强大小I：

真实流强大小I与高压电源负载电流的比值，即为低能电子加速器的引出效率α：

本实用新型能够用于测量低能电子辐照加速器的束流分布情况、真实引出流强大小和束流引出效率。具体步骤包括(1)使用电机驱动并带动滑块上的探测丝匀速扫过束流辐照区域，探测丝接受束流辐照而产生电流信号，通过记录此信号及位置信息，即可得到在某一维度上的束流相对分布情况；(2)使用1个狭缝状法拉第筒来精确测量束流辐照区域内的某窄条状区域的流强大小，得出在某位置的线密度，根据步骤1中所得到的束流分布曲线，进行积分，进而得到低能辐照加速器的真实引出流强大小。是一种高分辨率、高精度、简单易行、低成本的大截面束流品质测量装置和方法，可在增加极少装置成本的条件下，测量任意宽阔束流的分布及引出情况。

使用扫描丝与狭缝法拉第筒结合测量低能大截面束流品质的方法，在改变扫描丝导轨长度之后，可以测量任意宽度束流的分布情况、真实引出流强大小、以及引出效率，具高的通用性。束流分布的数据采集部分，只需1路采集即可，相比棒条法简单的多。

在测量束流分布时候，提高了测量结果的位置分辨率，对低能电子加速器的束流光学设计及优化由非常重要的意义。

在测量束流真实的引出流强及效率时，考虑了二次电子的影响，在降低测量难度(相比法拉第筒)的同时提高了测量的精确度。

以上对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，当然，本实用新型还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电子加速器的束流品质测量装置，其特征在于，包括：

法拉第筒检测装置，所述法拉第筒检测装置包括：网状框架(3)、设置在网状框架(3)上的钛箔(2)、设置在网状框架(3)下方的狭缝状法拉第筒(9)及与狭缝状法拉第筒(9)连接的数据采集系统(15)，电子束能够从网状框架(3)经网状框架(3)的缝隙中穿过钛箔(2)，所述狭缝状法拉第筒(9)能够检测穿过钛箔(2)的电子束的流强线密度，并将电子束的流强线密度数据反馈至数据采集系统(15)；

在线束流流强探测装置，所述在线束流流强探测装置包括一设置在网状框架(3)下方的探测器(7)及能够带动探测器(7)移动穿过电子束穿过区域的驱动装置，所述探测器(7)与驱动装置与数据采集系统(15)连接，所述驱动装置能够将探测器(7)的位置信息反馈至数据采集系统(15)，所述探测器(7)能够检测到其所在位置的电子束的流强线密度并将该电子束的流强线密度信息反馈至数据采集系统(15)。

2.根据权利要求1所述的一种电子加速器的束流品质测量装置，其特征在于：所述探测器(7)包括一支撑架(70)及一束流探测丝(8)，所述支撑架(70)上具有两组间隔与电子束穿过区域的宽度匹配的支撑臂(71)，所述束流探测丝(8)两端分别连接至支撑臂(71)的端部，当探测器(7)移动穿过电子束穿过区域时，所述束流探测丝(8)扫过电子束穿过区域，所述束流探测丝(8)连接至数据采集系统(15)。

3.根据权利要求2所述的一种电子加速器的束流品质测量装置，其特征在于：所述束流探测丝(8)的两端分别设置有一绝缘的连接套(81)，所述连接套(81)上设置有外螺纹柱，所述支撑臂(71)上设置有与所述外螺纹柱螺纹配合的螺孔，通过旋转连接套(81)可调节束流探测丝(8)的松紧情况。

4.根据权利要求1所述的一种电子加速器的束流品质测量装置，其特征在于：还包括一机架，所述驱动装置包括一固定在机架上的电机(4)、及滑动设置在机架上的滑块(5)，所述探测器(7)设置在滑块(5)上，所述电机(4)通过一丝杆机构(41)连接至滑块(5)。

5.根据权利要求4所述的一种电子加速器的束流品质测量装置，其特征在于：所述滑块(5)上设置有位移传感器，所述位移传感器能够将滑块(5)的位移信息反馈至数据采集系统(15)。