[发明专利]激光等离子体加速电子束源的多功能聚焦装置和使用方法

权利要求书

1.一种激光等离子体加速电子束源的多功能聚焦装置，其特征在于，包括：具有可调控梯度的电磁铁聚焦模块、磁场范围可调的偏转磁铁(7)、延时控制器(10)、脉冲响应的荧光板电子束成像系统和计算机(11)；所述的电磁铁聚焦模块包括第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、第三电磁铁(3)和第四电磁铁(4)；所述的脉冲响应的荧光板电子束成像系统包括第一荧光板电子束成像系统和第二荧光板电子束成像系统，第一荧光板电子束成像系统包括第一荧光成像板(5)和第一CCD探测器(6)，第二荧光板电子束成像系统包括第二荧光成像板(8)和第二CCD探测器(9)，具体设置如下：

在电子束源的电子束输出方向，设置第一根真空密封钢管，在第一根真空密封钢管上依次套设第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、第三电磁铁(3)和第四电磁铁(4)，在第一根真空密封钢管之后设置第一荧光板电子束成像系统的第一荧光成像板(5)和第一CCD探测器(6)，在所述的第一荧光成像板(5)之后设置第二根真空密封钢管，并与所述的第一根真空密封钢管共轴，在第二根真空密封钢管上套设偏转磁铁(7)，在该偏转磁铁(7)之后设置第二荧光板电子束成像系统的第二荧光成像板(8)和第二CCD探测器(9)，所述的计算机(11)的输出端接延时控制器(10)的输入端，该延时控制器(10)通过不同的信号线分别与所述的第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、第三电磁铁(3)、第四电磁铁(4)、第一荧光成像板(5)、第一CCD探测器(6)、偏转磁铁(7)、第二荧光成像板(8)和第二CCD探测器(9)相连，所述的第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、第三电磁铁(3)和第四电磁铁(4)均为同规格的四级聚焦磁铁，每块磁铁分别由四个绕质心轴各相隔90°对称放置的磁极构成，每块磁铁产生横向的四级磁场，每块电磁铁的最大聚焦梯度为80T/m，磁场梯度大小由计算机(11)来设定。

2.根据权利要求1所述的电子束源的多功能聚焦装置，其特征在于所述的延时控制器(10)由一台信号同步器、两台延时分辨率高达5ps的数字延时脉冲发生器DG535和8条可延伸的信号线构成。

3.根据权利要求1所述的电子束源的多功能聚焦装置，其特征在于所述的第一荧光成像板(5)和第一CCD探测器(6)具有沿垂直于电子束传播方向的移动结构。

4.权利要求1所述的电子束源的多功能聚焦装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

①通过计算机(11)设置聚焦系统装置的初始条件和磁铁参数，初始条件包括电子束的初始发射度、电子束的初始尺寸和电子束的初始发散角，这些参数由激光等离子体尾波场中的电子束源的探测装置进行探测和估算；

②将第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、第三电磁铁(3)、第四电磁铁(4)的聚焦梯度设置为最优的磁铁参数，并通过计算机(11)设置所述的延时控制器(10)中连接的各条信号线的延时；

③将激光等离子体加速的电子束源发射的电子束从左至右传输，依次通过第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、第三电磁铁(3)和第四电磁铁(4)，电子束的横向轮廓会成像在第一荧光成像板(5)上，并同时被第一CCD探测器(6)采集。

5.根据权利要求4所述的多功能聚焦装置的使用方法，其特征在于，利用所述的电子束通过第四电磁铁(4)后直接经过所述的偏转磁铁(7)的偏转，成像于第二荧光成像板(8)的相应能量位置并被第二CCD探测器(9)采集，实现对具有不同能量的电子束的轨迹进行定标，根据相应的电子束的轨迹即可监测电子束的能量；当不需要监测电子束的能量时，将偏转磁铁(7)的电流大小设置为0，偏转磁铁将失效，电子束将不偏转，继续沿第二段真空密封钢管的直线段传输至下一级装置中。

6.根据权利要求4所述的多功能聚焦装置的使用方法，其特征在于，在同一组磁铁参数下，当依次通过所述的第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、第三电磁铁(3)和第四电磁铁(4)后，具有不同能量的电子束团会呈现不同的聚焦尺寸，当电子束的能量在低于300MeV或高于800MeV时，电子束团不但不会被聚焦，反而会在x或y方向有拉伸的效果，将在后续的传播过程中无法穿过内径为2cm的真空密封钢管，因此被过滤掉，在此参数下，仅仅电子束团在一定能量范围内能够通过装置，据此用来实现电子束团的能量筛选功能。