[发明专利]一种用于低能重离子的束团参数测量系统，以及一种频率谐振选能能量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及低能重离子的束团参数测量，更具体地涉及一种用于低能重离子的束团参数测量系统，以及一种频率谐振选能能量测量方法。 

背景技术

一般而言，需要对离子源输出的束团，进行各种束团参数，如发射度、能散度以及离子比等参数的诊断，以便合理设计各种加速器参数对该束团进行利用。对于电子机器而言，输出的电子束由于其静止能量较小，电子枪输出的束团β值已经接近1，诊断时可以不考虑空间电荷效应的影响，可以在足够的空间距离上安排各种诊断仪器对其进行各种参数的测量。但对于重离子源输出的低能重离子束团而言，由于能量一般仅数十keV，束团β值一般远小于1，束团内部存在比较严重的空间电荷效应，即束团外围的离子受到其内部离子的静电排斥作用，该静电排斥作用将随着时间，或者说离子漂移距离的增加而线性增加，由此导致束团参数的恶化。因此，在尽可能短的漂移距离内完成各种束团参数的诊断，成为低能重离子源的迫切需求。 

目前，对于重离子源的发射度测量，主要采用Alison电偏转平台方案，参见P.W.Allison,J.D.Sherman,et.al.,“An Emittance Scanner for Intense Low-Energy Ion Beams”IEEE Transactions on Nuclear Science,1983,30(4):2204，该方案可以在几百毫米的漂移距离之内完成发射度测量。但是该方案的缺点是只能实现对束团的发射度测量，如果需要完成能散度、离子比测量，则需增加新的测量设备，占用更多纵向空间，导致空间电荷效应增加。对于能散度、离子比测量，则采用偏转磁铁方案，需要的漂移距离主要由能散度的测量分辨率决定，一般而言，具有能量偏差的重离子，通过偏转磁铁后的束团尺寸变化，由能量偏差ΔE/E+E₀及速度偏差ΔV/V=ΔE/2E决定，其中E₀是该种离子的静止能量，E是该离子束团的平均动能。由于静止能量远 大于平均动能，一般而言，通过偏转磁铁后的束团尺寸变化主要由速度偏差决定，也就是Δσ/σ=ΔE/2E，其中，σ是离子束半径。如果需要得到0.1%的能散度测量分辨率，则需要束团尺寸的测量分辨率为0.05%，而由于较强的空间电荷效应导致的束团弥散，使得实现此种程度的束团尺寸测量分辨率成为几乎不可能完成的任务，进而导致该低能重离子的能散度达不到一定的分辨率。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低能重离子的束团参数测量系统，以及一种频率谐振选能能量测量方法，从而解决现有技术中空间电荷效应导致束团弥散，进而导致低能重离子源的能散度的测量分辨率不高，以及需要分别通过增加新的设备才能实现对能散度、发射度、离子比三种参数的测量的缺陷。 

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 

本发明提供一种用于低能重离子的束团参数测量系统，所述测量系统包括：步进电机驱动平台，真空内测量探头，数据采集系统以及外部激励源，其中，所述真空内测量探头包括：由低能重离子依次穿过的前位置选择狭缝、前平板激励电极、后平板激励电极以及后位置选择狭缝；以及位于所述后位置选择狭缝之后的法拉第筒（Faraday Cup）；其中，所述前平板激励电极和后平板激励电极分别包括一对平行设置的上电极板和下电极板，所述上电极板和下电极板分别设置于所述低能重离子的束流中轴线的上方和下方，所述前平板激励电极和后平板激励电极之间间隔一漂移段；其中，所述真空内测量探头装载于所述步进电机驱动平台上，所述外部激励源分别与所述前平板激励电极和后平板激励电极电连接，并受所述数据采集系统控制，以输出激励信号，所述数据采集系统与所述法拉第筒相连。 

所述外部激励源包括扫频激励源和三角波激励源。 

所述前平板激励电极和后平板激励电极的所述上、下电极板的电极间距在汽缸或电机的驱动下改变。 

所述电极间距在5mm和15mm两档之间切换，分别用于能散度和发射度的测量。 

所述前位置选择狭缝和后位置选择狭缝的宽度均为20μm。 

所述前平板激励电极和后平板激励电极的长度与所述漂移段的长度均为 100mm。