[发明专利]一种新型弧形斜边静电偏转板及粒子加速器斩波器

说明书

本发明提供了一种新型弧形斜边静电偏转板及粒子加速器斩波器，静电偏转板包括正电极板和负电极板，正电极板和负电极板均为圆弧形结构，且两者开口相对布置，正电极板和负电极板的圆弧形结构沿入射粒子束流运动的正交方向布置，电极板的圆弧度数为84°‑124°，且两电极板的圆弧度数相同，圆弧形的正电极板和负电极板均以入射粒子束流的出口处为旋转中心相对水平面且均朝向远离粒子束流运动空间方向旋转0.5°至2.5°形成弧形斜边偏转板结构，且两电极板的旋转角度相同，粒子束流通过加电的弧形斜边偏转板结构形成的电场后，在出口处粒子束流的偏转角不小于10°。本发明在相同横向尺寸及中心出口尺寸条件下，提高了粒子束的偏转效果。

技术领域

本发明属于粒子加速器领域，尤其是涉及一种新型弧形斜边静电偏转板及粒子加速器斩波器。

背景技术

斩波器是粒子加速器的重要组成之一。斩波器这个概念一般指电路领域用于调节限制电信号幅度的电路结构；而加速器领域的斩波器指的是使带电粒子束流发生偏转的电学装置，以实现束流截断的作用。斩波器通常由一对静电偏转板，电源以及控制系统组成。静电偏转板的作用是提供偏转电压，当斩波器不工作时，偏转电压为零，带电粒子束可直接通过斩波器进入下一级结构。斩波器工作时，带电粒子束在库伦力的作用下发生偏转，导致带电粒子束流的运动轨迹发生变化，直接打在静电偏转板上或损失于下一级中。这种情况下，带电粒子束流被完全截断。斩波器持续处于停止状态，束流将连续通过，这种状态称为连续模式；斩波器按照特定时间周期处于工作——停止状态时，束流将周期性出现，称为脉冲模式。斩波器是实现束流连续模式及脉冲模式之间切换的核心器件。

为实现更好的斩波效果，斩波器的电场强度应尽量大，这就要求斩波器的静电偏转板之间的偏转电压应尽量大，静电偏转板长度尽量长，静电偏转板间距应尽量小。但偏转电压过大则电源设计难度将大幅上升，偏转板尺寸增加则不利于加速器的小型化，静电偏转板间距过小则容易影响束流的正常通过。如何在上述因素基本固定的条件下实现尽可能高的电场强度是斩波器设计的核心目标之一。为实现这一目标，需要改变偏转板的几何结构，目前常见的偏转板几何结构主要有直边结构及斜边结构，如图1所示。斜边结构与直边结构相比，可提供更大的电场强度。两种结构极板之间的电压差固定为4.8kV，横向尺寸固定为5cm，直边结构极板间距为3cm，斜边结构出口处极板间距为2.54cm，然而在脉冲占空比过低时，对斩波器电场强度的要求将大幅提升。当斩波器横向尺寸为5cm，中心出口尺寸不超过2.54cm时，在低占空比条件下，需要求束流偏转角超过10度，才能使得斩波器产生有效的偏转，实现截断的效果。而斜边斩波器在此条件下只能产生9度左右的偏转，难以满足设计需求。

因此有必要设计一种可在相同横向尺寸及中心出口尺寸条件下实现更高的电场强度且解决低占空比条件下现有设计方案电场强度无法满足设计要求的问题的静电偏转板。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种新型弧形斜边静电偏转板及粒子加速器斩波器，在相同横向尺寸及中心出口尺寸条件下，使得靠近极板边缘处的电场大幅增强，提高了粒子束的偏转效果，为斩波器的设计工作提供了新的方向。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种新型弧形斜边静电偏转板，包括正电极板和负电极板，所述的正电极板和负电极板均为圆弧形结构，且两者开口相对布置，所述正电极板和负电极板的圆弧形结构沿入射粒子束流运动的正交方向布置，正电极板和负电极板的圆弧度数为84°-124°，且正电极板和负电极板的圆弧度数相同，圆弧形的正电极板和负电极板均以入射粒子束流的出口处为旋转中心相对水平面且均朝向远离粒子束流运动空间方向旋转0.5°至2.5°形成弧形斜边偏转板结构，且正电极板和负电极板的旋转角度相同，粒子束流通过加电的弧形斜边偏转板结构形成的电场后，在出口处粒子束流的偏转角不小于10°。

进一步的，电极板的厚度为1mm，电极板的长度均为50mm。

进一步的，电极板的半径为28.94mm，角度为84°，旋转角度为2.5°。