[发明专利]一种离子束流自动测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明是一种离子束流自动测量系统及测量方法，涉及离子源、束流光学、离子注入技术、粒子加速器、核能等领域。

背景技术

对于离子束流，对其束流强度、发射度、能散度和单原子离子比的测量是具有很重要意义的。在离子源的研究中，离子束流的这些参数直接反映了离子源性能的好坏。离子注入技术是用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能，在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用。在离子注入技术中，离子束流的这些参数也直接影响着离子注入的效果。在粒子加速器领域中，将离子的能量加速到一定量级，从而利用高能离子束进行基础研究或放射治疗。被加速的离子束，要求束流强度大、发射度低、能散度低、单原子离子比高。另外，在核能领域中，加速器驱动的次临界系统（ADS系统）是先进核能研究的一个重要方面，其中，氘离子束由离子源产生，经过加速器加速成高能氘离子束，最终打在旋转氚靶上，发生氘氚聚变反应，产生能量为14MeV量级的中子。

现行的离子束流的测量方法，对于束流强度，有法拉第筒法、二次电子补偿法、直流束流变压器（DCCT）等。其中，DCCT法允许离子束流无截止通过，但价格昂贵，二次电子补偿法对材料制备要求较高，从经济适用角度考虑，目前测量非电子的离子束流的束流强度，一般采用法拉第筒法，其结构简单、造价低、适用范围广，且精度较高。对于发射度的测量，多采用缝丝法，用缝和丝分别获取单元束流的位置和发射角的信息。其分为多缝单丝法和单缝单丝法，其中多缝单丝法，结构较为简单，但是产生的多个单元束流之间会有相互影响，单缝单丝法能避开相邻束流间的相互影响，精确度较高，但是此方法既要对极板电压进行扫描，又要对截面位置进行扫描，故结构较为复杂，测量速度相对较慢。对于能散度的测量，有电场减速法和电场偏转法，其中电场偏转法测量精度更高。对于单原子离子比的测量，主要有电场偏转法和磁场偏转法，根据不同荷质比的粒子在电场或磁场中运动的轨迹不同，将一束离子束流中不同的粒子分开，从而测量其各种离子所占的比例。

离子束流的束流强度、发射度、能散度和单原子离子比，都有相应的测量方法。但是，目前的技术中，对离子束流的束流强度、发射度、能散度和单原子离子比的测量均是由完全独立的系统完成的，没有一个集成的系统，用来测量离子束流的束流强度、发射度、能散度和单原子离子比。在某些情况下，对离子束流的这四个参数都非常关心，需要获取离子束流这四个参数的信息。但是，由于没有一个集成的系统，所以对每一个参数进行测量，都需要先将离子源装置与该参数的测量装置通过接口法兰连接，还要保证束流所经过空间维持一定的真空度。要进行另一参数的测量，需要先停闭离子源系统，并将先前的测量装置拆卸，再安装此参数的测量装置。此种测量方法，由于需要多次的安装与拆卸、离子源系统的关闭与启动，费时、费力、对离子源和参数测量装置的损耗较大，同时影响了离子源系统的稳定性。所以，一种可以在离子源稳定运行不停机的状态下完成对离子源离子束流所有参数的测量的系统是必要的。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种离子束流的参数测量系统，该系统具有操作方便、测量速度快、测量精度高、利于设备的维护等特点。