CN218585653U - 带电粒子束的偏转合轴装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带电粒子束的偏转合轴装置，包括至少一组线圈单元和粒子束载体壳体，每组线圈单元包括第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈设置于粒子束载体壳体的外表面上；第一线圈的输出端与第二线圈的输入端电连接，第一线圈的输入端与第二线圈的输出端连接同一恒流电源，且第一线圈产生的磁场的方向与第二线圈产生的磁场的方向相同。通过向每组线圈单元中通入电流以产生磁场，利用磁场对带电粒子束的洛伦兹力实现偏转合轴。在线圈单元中输入较小的电流即可产生足够使得带电粒子束进行偏转的洛伦兹力，从而避免高压导致的打火问题，且本装置结构简单，便于操作。

Description

带电粒子束的偏转合轴装置

技术领域

本实用新型涉及带电粒子束传输的技术领域，尤其涉及带电粒子束的偏转合轴装置。

背景技术

由电子、离子、质子等带电的粒子组成的带电粒子束广泛应用在科学研究、加工制造、检测成像等诸多领域，一般这些设备中粒子源和电子光学是整个系统的核心。通常整个系统由多个元组件装配而成，受到机械加工、装配等误差的影响，各组件之间的同轴度有差异，这将导致粒子束在运动中可能偏离主轴。

为了解决合轴难题，通常可以利用平行板电场或者电四级透镜来使带电粒子束偏转直至合轴，但这需要对极板施加高压，对于绝缘要求很高，且容易引起高压打火，不利于系统的稳定性和安全性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种带电粒子束的偏转合轴装置，以提高装置的安全性和稳定性。

根据本实用新型的一方面，提供了一种带电粒子束的偏转合轴装置，包括至少一组线圈单元和粒子束载体壳体，每组所述线圈单元包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈设置于所述粒子束载体壳体的外表面上；

所述第一线圈的输出端与所述第二线圈的输入端电连接，所述第一线圈的输入端与所述第二线圈的输出端连接同一恒流电源，且所述第一线圈产生的磁场的方向与所述第二线圈产生的磁场的方向相同。

可选的，所述带电粒子束的偏转合轴装置，包括两组线圈单元：第一线圈单元和第二线圈单元，所述第一线圈单元与所述第二线圈单元连接不同的所述恒流电源。

可选的，所述粒子束载体壳体的外表面包括相对设置的第一端和第二端，以及相对设置的第三端和第四端，所述第一线圈单元的第一线圈设置于所述第一端，所述第一线圈单元的第二线圈设置于所述第二端，所述第二线圈单元的第一线圈设置于所述第三端，所述第二线圈单元的第二线圈设置于所述第四端。

可选的，所述的带电粒子束的偏转合轴装置，还包括固定壳体，所述第一线圈单元的第一线圈包括相对设置的第一表面和第二表面、所述第一线圈单元的第二线圈包括相对设置的第三表面和第四表面、所述第二线圈单元的第一线圈包括相对设置的第五表面和第六表面，所述第二线圈单元的第二线圈包括相对设置的第七表面和第八表面，所述第一表面、所述第四表面、所述第五表面和所述第八表面均与所述固定壳体的内侧面接触，所述第二表面与所述粒子束载体壳体的第一端接触，所述第三表面与所述粒子束载体壳体的第二端接触，所述第六表面与所述粒子束载体壳体的第三端接触，所述第七表面与所述粒子束载体壳体的第四端接触。

可选的，所述固定壳体与所述第一线圈单元和所述第二线圈单元之间填充有绝缘材料。

可选的，所述绝缘材料为环氧树脂。

可选的，每一所述线圈单元的第一线圈和第二线圈的形状相同。

可选的，所述第一线圈的形状为圆形、矩形或梯形。

可选的，每一所述线圈单元的第一线圈和所述第二线圈的线圈匝数相同。

本实用新型实施例提供的带电粒子束的偏转合轴装置包括至少一组线圈单元和粒子束载体壳体，每组线圈单元包括第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈设置于粒子束载体壳体的外表面上；第一线圈的输出端与第二线圈的输入端电连接，第一线圈的输入端与第二线圈的输出端连接同一恒流电源，且第一线圈产生的磁场的方向与第二线圈产生的磁场的方向相同。通过向每组线圈单元中通入电流以产生磁场，利用磁场对带电粒子束的洛伦兹力实现偏转合轴。在线圈单元中输入较小的电流即可产生足够使得带电粒子束进行偏转的洛伦兹力，从而避免高压导致的打火问题，且本装置结构简单，便于操作。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种带电粒子束的偏转合轴装置的俯视图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种带电粒子束的偏转合轴装置的俯视图；

图3是本实用新型实施例提供的一种带电粒子束的偏转合轴装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种对带电粒子束的偏转合轴装置的磁场图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种对带电粒子束的偏转合轴装置的磁场图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本实用新型实施例提供的一种带电粒子束的偏转合轴装置的俯视图，参考图1，该装置包括：至少一组线圈单元10和粒子束载体壳体11，每组线圈单元10包括第一线圈101和第二线圈102，第一线圈101和第二线圈102设置于粒子束载体壳体11的外表面上；

第一线圈101的输出端U1与第二线圈102的输入端A2电连接，第一线圈101的输入端A1与第二线圈102的输出端U2连接同一恒流电源，且第一线圈101产生的磁场的方向与第二线圈102产生的磁场的方向相同。

示例性的，粒子束载体壳体11可以为圆环状，粒子束载体壳体11中可以包括圆筒状管体，圆筒状管体中用于流通带电粒子束。第一线圈101和第二线圈102均为空心。第一线圈101的输入端A1与第二线圈102的输出端U2连接同一恒流电源，具体可以为，第一线圈101的输入端A1连接恒流电源的正极端，第二线圈102的输出端U2连接恒流电源的负极端，即电流经第一线圈101的输入端A1输入，经第二线圈102的输出端U2输出。通常利用可编程稳流直流电源对偏转合轴装置的每组线圈单元供电，通过改变电流输出极性能够轻易地使第一线圈101以及第二线圈102产生的磁场方向发生逆转，从而改变带电粒子束偏转的方向。本实施例中示例性示出包括一个线圈单元10，在其他实施例中可以包括2个或多个线圈单元10。同属一个线圈单元10的第一线圈101和第二线圈102的位置设置可以包括多种情况，可以为图1所示的，第一线圈101和第二线圈102分别设置于粒子束载体壳体11的上侧和下侧，或者，第一线圈101和第二线圈102分别设置于粒子束载体壳体11的左侧和右侧。值得注意的是，第一线圈101和第二线圈102中的线圈设置时，需注意通电流电流的方向，以使第一线圈101产生的磁场的方向与第二线圈102产生的磁场的方向相同，进而避免第一线圈101和第二线圈102各自产生的磁场完全抵消，避免对带电粒子束失去偏转作用。其中，第一线圈101和第二线圈102产生的磁场的方向可以根据安培定则判断，本实施例在此不再具体赘述。

以图1所示第一线圈101和第二线圈102的设置方向为例，第一线圈101和第二线圈102的轴重合。线圈通电后，同属一组线圈单元10中的第一线圈101和第二线圈102通电后的电流绕行方向一致，产生同向的磁场，避免两个线圈产生的磁场相互抵消。线圈单元通电后，因线圈的电阻较小，因此，通过恒流电源输出较小的电流即可产生相对较大的电流，进而产生足够驱动粒子束偏转的洛伦兹力。

本实施例通过向每组线圈单元中通入电流以产生磁场，利用磁场对带电粒子束的洛伦兹力实现偏转合轴。在线圈单元中输入较小的电流即可产生足够使得带电粒子束进行偏转的洛伦兹力，从而避免高压导致的打火问题，且本装置结构简单，便于操作。

可选的，带电粒子束的偏转合轴装置还包括与线圈单元一一对应的套热缩管组，每一套热缩管组包括第一套热缩管、第二套热缩管和第三套热缩管，第一套热缩管设置于第一线圈和第二线圈的连接处，以使得第一线圈和第二线圈连接后的接头位置绝缘。第二套热缩管设置于第一线圈的输入端，以使得第一线圈的输入端处漆包线与胶质线连接头的绝缘。第三套热缩管设置于第二线圈的输出端，以使得第二线圈的输出端处的漆包线与胶质线连接头的绝缘。

图2为本实用新型实施例提供的另一种带电粒子束的偏转合轴装置的俯视图，参考图2，可选的，带电粒子束的偏转合轴装置包括两组线圈单元：第一线圈单元01和第二线圈单元02，第一线圈单元01与第二线圈单元02连接不同的恒流电源。

图2中箭头表示通电后，电流的方向。第一线圈单元01的第一线圈101和第二线圈102、第二线圈单元02的第一线圈103和第二线圈104分布在粒子束载体壳体11的外表面的四周。相较于包括一组线圈单元，本实施例包括两组线圈单元，使得对带电粒子束的偏转控制更为灵活，可根据偏转方向的需求，控制第一线圈单元01通电，或者控制第二线圈单元02通电，又或者同时控制第一线圈单元01和第二线圈单元02通电。

继续参考图2，可选的，粒子束载体壳体11的外表面包括相对设置的第一端和第二端，以及相对设置的第三端和第四端，第一线圈单元01的第一线圈101设置于第一端，第一线圈单元01的第二线圈102设置于第二端，第二线圈单元02的第一线圈103设置于第三端，第二线圈单元02的第二线圈设置于第四端。

示例性的，以图2为例，粒子束载体壳体11的外表面的上侧为第一端，下侧为第二端，左侧为第三端，右侧为第四端。当对第一线圈单元01和第二线圈单元02通电后，第一线圈单元01产生的磁场方向向上，第二线圈单元02产生的磁场的方向向右。带电粒子束在第一线圈单元01产生的磁场和第二线圈单元02产生的磁场的作用下发生偏转。通过控制两个恒流电源的电流的大小和电流的方向，可以控制带电粒子束的偏转方向及偏转角度。带电粒子束在磁场作用下的受到的洛伦兹力的方向可参照现有技术中的左手定则，本实施例咋在此不再赘述。

可选的，每一线圈单元的第一线圈和第二线圈的形状相同。每一线圈单元的第一线圈和第二线圈的形状相同，可以保证第一线圈和第二线圈产生的磁场的分布情况保持一致，有利于提高对带电粒子束的偏转控制的效果。可选的，第一线圈的形状为圆形、矩形或梯形，用户可根据需求选择适合的线圈形状进行线圈的设计。

可选的，每一线圈单元的第一线圈和第二线圈的线圈匝数相同。每一线圈单元的第一线圈和第二线圈的匝数相同，可以保证属于同一线圈单元的第一线圈和第二线圈产生的磁场的大小和分布相同，有利于提高对带电粒子束的偏转控制的效果。

图3为本实用新型实施例提供的一种带电粒子束的偏转合轴装置的结构示意图，参考图3，可选的，带电粒子束的偏转合轴装置还包括固定壳体12，第一线圈单元01的第一线圈101包括相对设置的第一表面和第二表面、第一线圈单元01的第二线圈102包括相对设置的第三表面和第四表面、第二线圈单元02的第一线圈103包括相对设置的第五表面和第六表面，第二线圈单元02的第二线圈104包括相对设置的第七表面和第八表面，第一表面、第四表面、第五表面和第八表面均与固定壳体12的内侧面接触，第二表面与粒子束载体壳体11的第一端接触，第三表面与粒子束载体壳体11的第二端接触，第六表面与粒子束载体壳体11的第三端接触，第七表面与粒子束载体壳体11的第四端接触。

示例性的，固定壳体12为圆环状，用于将线圈单元和粒子束载体壳体11进行固定。固定壳体12的材料可以为无磁金属，例如铝。如图3所示，第一表面为第一线圈单元01的第一线圈101远离粒子束载体壳体11的一面，第二表面为第一线圈单元01的第一线圈101靠近粒子束载体壳体11的一面。第三表面为第一线圈单元01的第二线圈102靠近粒子束载体壳体11的一面，第四表面为第一线圈单元01的第二线圈102远离粒子束载体壳体11的一面。第五表面为第二线圈单元02的第一线圈101远离粒子束载体壳体11的一面，第六表面为第二线圈单元02的第一线圈103靠近粒子束载体壳体11的一面。第七表面为第二线圈单元02的第二线圈104靠近粒子束载体壳体11的一面，第八表面为第二线圈单元02的第二线圈104远离粒子束载体壳体11的一面。

继续参考图3，可选的，固定壳体12与第一线圈单元01和第二线圈单元02之间填充有绝缘材料。

具体的，固定壳体12与第一线圈单元01的第一线圈101、第二线圈102、第二线圈单元02的第一线圈103和第二线圈104之间的空隙均填充有绝缘材料。四个线圈放置好后，正常接线留好引出线之后，利用环氧树脂将四个线圈灌封在固定壳体12内，既保证四个线圈的位置固定，又增加本装置的稳定性。且第一线圈单元01和第二线圈单元02通电后产生的热量可经绝缘材料扩散出去，有利于提高整个装置的散热性能。绝缘材料可以为任何固化后绝缘性能好的材料，可选的，绝缘材料为环氧树脂。

图4为本实用新型实施例提供的一种对带电粒子束的偏转合轴装置的磁场图，图5为本实用新型实施例提供的另一种对带电粒子束的偏转合轴装置的磁场图，图4和图5中的带电粒子束的偏转合轴装置的结构均如图3所示。参考图3和图4，当对第一线圈单元01和第二线圈单元02中的线圈通以相同大小的电流时，两组线圈单元产生的磁场是正交的，其中心为带电粒子束通过的区域，该区域的磁场恰好是两组线圈产生的磁场叠加而成的。参考图3和图5，当只有一组线圈单元通以一定大小的电流，而另一组不通电流时，在装置中心面上的磁场分布如图5所示，本实施例中对第一线圈单元01通电，通电的一组线圈单元产生了单向的磁场，其中心区域外围是该组线圈单元产生的磁场在空间的发散。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，包括：至少一组线圈单元和粒子束载体壳体，每组所述线圈单元包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈设置于所述粒子束载体壳体的外表面上；

所述第一线圈的输出端与所述第二线圈的输入端电连接，所述第一线圈的输入端与所述第二线圈的输出端连接同一恒流电源，且所述第一线圈产生的磁场的方向与所述第二线圈产生的磁场的方向相同。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，包括两组线圈单元：第一线圈单元和第二线圈单元，所述第一线圈单元与所述第二线圈单元连接不同的所述恒流电源。

3.根据权利要求2所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，所述粒子束载体壳体的外表面包括相对设置的第一端和第二端，以及相对设置的第三端和第四端，所述第一线圈单元的第一线圈设置于所述第一端，所述第一线圈单元的第二线圈设置于所述第二端，所述第二线圈单元的第一线圈设置于所述第三端，所述第二线圈单元的第二线圈设置于所述第四端。

4.根据权利要求3所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，还包括固定壳体，所述第一线圈单元的第一线圈包括相对设置的第一表面和第二表面、所述第一线圈单元的第二线圈包括相对设置的第三表面和第四表面、所述第二线圈单元的第一线圈包括相对设置的第五表面和第六表面，所述第二线圈单元的第二线圈包括相对设置的第七表面和第八表面，所述第一表面、所述第四表面、所述第五表面和所述第八表面均与所述固定壳体的内侧面接触，所述第二表面与所述粒子束载体壳体的第一端接触，所述第三表面与所述粒子束载体壳体的第二端接触，所述第六表面与所述粒子束载体壳体的第三端接触，所述第七表面与所述粒子束载体壳体的第四端接触。

5.根据权利要求4所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，所述固定壳体与所述第一线圈单元和所述第二线圈单元之间填充有绝缘材料。

6.根据权利要求5所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，所述绝缘材料为环氧树脂。

7.根据权利要求1所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，每一所述线圈单元的第一线圈和第二线圈的形状相同。

8.根据权利要求7所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，所述第一线圈的形状为圆形、矩形或梯形。

9.根据权利要求1-8任一项所述的带电粒子束的偏转合轴装置，其特征在于，每一所述线圈单元的第一线圈和所述第二线圈的线圈匝数相同。

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