[发明专利]大束流电子束打靶微束斑X射线源的聚焦装置及其使用方法

权利要求书

1.大束流电子束打靶微束斑X射线源的聚焦装置，其特征在于，包括聚光镜模块、过渡段模块、可动光阑、物镜模块和电子束通道；

聚光镜模块，过渡段模块和物镜模块由上至下依次固连，其中，聚光镜模块固定安装在电子枪下端；电子束通道从上到下依次穿过聚光镜模块，过渡段模块和物镜模块，过渡段模块侧面开有通孔，为可动光阑的入口；

聚光镜模块包括聚光镜上下磁轭，聚光镜上下极靴以及聚光镜线圈组件；

聚光镜上下磁轭各开有环形凹槽，对扣固定放置，内部形成环形腔，用来安装聚光镜线圈组件；且聚光镜线圈通过线圈架安装在聚光镜上下极靴的外围，聚光镜上下极靴通过绝缘装配件装配成一体；

过渡段模块内部中空，电子束通道侧面上开有通孔，作为可动光阑的移动通道；可动光阑上开有不同直径的通光孔，通过移动可动光阑，电子束通过电子束通道进入可动光阑不同的通光孔；

物镜模块包括物镜上下磁轭，物镜上下极靴以及物镜线圈组件；

物镜上磁轭与物镜下磁轭对扣固定放置，均采用内部中空的圆柱体，中空部分安装物镜线圈组件；物镜线圈组件为内部中空的圆环形，物镜线圈通过线圈架安装在物镜上下极靴的外围；物镜上下极靴内部为电子束通道；

电子枪发射出的电子束经过聚光镜模块，在由聚光镜上下磁轭、聚光镜线圈组件和聚光镜上下极靴形成的磁场作用下，形成平行束；经过过渡段模块后，通过移动可动光阑，选择可动光阑上合适的通光孔调节靶面电子束的入射角，改变靶平面处的束流大小和束斑尺寸，同时通过物镜线圈电流的微调，实现大束流微束斑X射线源靶面处电子束束流的快速切换。

2.如权利要求1所述的大束流电子束打靶微束斑X射线源的聚焦系统装置，其特征在于，所述的物镜模块一方面通过工作距离和物镜线圈组件中电流的优化，获得高强度和亮度的X射线束，保证靶平面处大束流下微束斑；另一方面在聚光镜线圈电流不变时微调物镜线圈电流，找到靶平面处的电子清晰像，配合可移动光阑的通光孔变化快速完成束流的切换。

3.应用权利要求1所述的大束流电子束打靶微束斑X射线源的聚焦系统装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设置聚焦系统装置的初始条件和性能指标；

聚焦系统装置的初始条件包括电子源参数和靶的参数；

电子源参数包括电子束能量、电子束能量散度、发射灯尖位置和直径、灯尖温度、理论亮度、源束流、空间分布、交叉斑直径和出射角；靶的参数包括靶的类型和位置；

聚焦系统装置的性能指标是靶面上电子束的束流和束斑直径；

靶面处的束流表示为其中，β为亮度，r_i为靶面处束斑半径，α_i为靶面处入射束半角；

聚焦系统靶面处电子束束斑直径d_i可以近似表达为：

di=(Mdo)2+ds2+dc2---(1)]]>

其中，M为聚焦系统装置的线性缩放比率，0＜M＜1，d_o为电子源交叉斑直径，是球差弥散斑直径，是色差弥散斑直径，c_s和c_c分别简化成物镜的球差系数和色差系数；E为电子的能量，ΔE为电子的能量散度；

步骤二、根据“聚焦系统装置的初始条件”设置物镜模块的结构参数和电气参数；

i)、设置物镜模块的位置和结构参数；

物镜模块的结构参数包括物镜上下极靴的结构参数以及物镜上下磁轭的结构参数；

物镜上下极靴的结构参数包括：物镜上下极靴材料、物镜上下极靴的工作距离、物镜上极靴的孔径D1、物镜下极靴的孔径D2和上下极靴间隙S；

物镜上下磁轭的结构参数包括：物镜磁轭尺寸、物镜上极靴外径、角度、物镜上极靴厚度、物镜下极靴外径、角度、物镜下极靴厚度和物镜线圈架的形状尺寸；

物镜模块的位置为物镜上下极靴间隙的中心；

ii)、设置物镜模块的电气参数；

物镜的电气参数为物镜线圈模块的激励A-t；

步骤三、设置聚光镜模块的位置、结构和电气参数，实现聚焦系统的平行工作模式；

I)、首先设置聚光镜模块的的位置和结构参数；

聚光镜模块的结构参数包括聚光镜上下极靴的结构参数和聚光镜上下磁轭的结构参数；

聚光镜上下极靴的结构参数，包括聚光镜上下极靴的材料、聚光镜上极靴的孔径D11、聚光镜下极靴的孔径D21和聚光镜上下极靴间隙S2；

聚光镜上下磁轭的结构参数包括聚光镜上下磁轭材料、绝缘装配件、聚光镜线圈的结构尺寸；

聚光镜位置为聚光镜上下极靴间隙的中心；

II)、优化聚光镜模块的电气参数，实现聚光镜和物镜平行模式工作的聚焦系统；

聚光镜的电气参数为聚光镜线圈组件的激励A-t；

根据聚光镜模块和物镜模块的参数，利用二阶有限元素法计算物镜模块的磁场，当电子束在物镜模块的磁场中通过时，磁场控制电子束的出射角，使电子束的运动轨迹跟光轴平行，从而形成平行工作模式，实现了平行模式的聚焦系统装置；

步骤四、在平行工作模式下实现电子束不同束流间的快速切换，使得电子束在靶面处形成大束流微束斑；

电子束束流切换时，聚光镜线圈组件的激励电流不变，根据电子束束流与可动光阑通光孔尺寸对应表，移动可动光阑找到对应的可动光阑通光孔，控制调节靶面电子束的入射角，同时微调物镜线圈组件的激励电流，消除因电子束束流切换时电子库仑力效应的影响，靶面处获得大束流微细电子束，实现不同电子束束流间的快速切换。