[实用新型]小面积离子束辐照小样品注入剂量实时在线准确监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料辐照技术，尤其涉及一种对小面积离子束辐照小样品时注入剂量的实时在线准确监测装置。

背景技术

在用兆伏级加速器产生的高能离子束对材料进行辐照损伤研究的过程中，通常会遇到两个问题：(1)入射离子束强度弱，几百离子nA就已经算比较强的入射离子束，而高电荷态的入射离子束密度就更小，通常会为几十离子nA/cm²；(2)材料辐照需要的离子注入总剂量比较大，常常为2～3E16P/cm²，如此要完成对材料的离子束辐照总剂量，需要的辐照时间就会比较长，有时甚至达上百小时，与此同时，辐照时间的延长也会导致与离子束辐照有关的各种费用的增加。所以，为了节省辐照成本，提高束流利用率，受辐照材料样品一般均选取小样品，同时通过对加速器输出离子束的调试，使离子束的束斑面积恰能覆盖受辐照材料小样品为好。因此如何实现对小面积入射离子束辐照小样品注入剂量的实时在线准确监测就成为一个不可避免的非常重要的问题。

现有技术中，对于小面积入射离子束辐照小样品注入剂量的监测通常采用两种方法：(1)利用安装在受辐照材料样品前数米距离的束流输运线上已有的法拉第杯对入射离子束进行拦截测量，拦截测量期间，离子束对样品的辐照自动停止，然后用所测的离子束强度与辐照时间的乘积来确定辐照总剂量；(2)将受辐照材料样品与地绝缘，测试其在受离子束辐照时对地的泄漏电流并对该泄漏电流进行积分测量以确定辐照总剂量。以上两种对离子束辐照注入剂量的监测方法均存在不同程度的缺陷，第一种方法为拦截式测量，测量时材料样品不能得到辐照，同时长时间辐照时，由加速器提供的入射离子束强度不可避免的会发生变化；再考虑到束流的传输效率等因素影响，使得法拉第杯测量到的离子束强度未必完全等同于辐照在材料样品上的离子束强度，所以该方法不能实现对辐照总剂量的实时在线准确监测。第二种方法虽为实时在线监测，但却不能对辐照剂量进行准确地监测，因为入射离子束轰击材料样品表面时，必然会产生大量的二次电子，这些二次电子会发射到周围空间，如何扣除这些二次电子对泄漏电流的影响是一个非常复杂的问题，因为随着材料表面情况的变化和辐照时间的延长，二次电子的发射率也在发生着相应的没有规律的变化，这样二次电子发射与泄漏电流之间的量化关系就难以确定，因此该方法无法实现对辐照剂量的准确监测。

实用新型内容

针对现有技术中对小面积入射离子束辐照材料小样品时较大辐照注入剂量的实时在线准确监测中存在的问题和不足，本实用新型提出一种兆伏级加速器产生的小面积高能离子束对材料小样品进行大剂量辐照时注入剂量的监测方法及监测装置，从而实现对小面积离子束辐照小样品注入剂量的实时在线准确监测。

本实用新型的目的在于提供一种对小面积离子束辐照小样品时注入剂量的实时在线准确监测装置。

本实用新型的小面积离子束辐照小样品注入剂量的实时在线准确监测装置包括：测束金属接收筒筒底、金属样品台、待辐照材料样品、测束金属接收筒、绝缘隔离圈、抑制电极、接线柱、束流积分仪和离子束调控装置；其中，金属样品台安装固定在测束金属接收筒筒底的中心上，二者有机结合为一体，金属样品台在测束金属接收筒筒底上形成圆形凸台；待辐照材料样品安装固定在金属样品台上；测束金属接收筒筒底安装在测束金属接收筒的底部；在测束金属接收筒的侧壁上设置有接线柱；接线柱连接至束流积分仪；在测束金属接收筒的离子束入口端固定绝缘隔离圈；在绝缘隔离圈上固定抑制电极，测束金属接收筒与抑制电极间为电绝缘；抑制电极的中心设置有通束孔，通束孔的孔径和金属样品台的直径尺寸一致，并同轴，待辐照材料样品不越过金属样品台的周边；离子束的入射方向与测束金属接收筒的中心轴方向保持一致；在抑制电极之前3～5米设置离子束调控装置，使得入射离子束的束斑能完全覆盖抑制电极内的通束孔。