一种加速器分析磁铁后疑似离子束的甄别方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁技术应用领域，尤其涉及一种加速器分析磁铁后疑似离子束的甄 别方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 通常情况下，从加速器输出的离子束成分并不单一，它们或者能量有所差异，或者 质量有所不同。因此，为了获得所需的离子束，经常要用离子束偏转分析元件将束流中不 同能量或不同质量的离子成分分离开来，选取符合需要的单一成分的离子通过偏转分析系 统，以保证离子束的纯度，确保相关利用离子束开展的实验研究工作的顺利进行。
[0003] 常见的离子束偏转分析元件包括：静电分析器，偏转磁铁，开关磁铁，分析磁铁和 交叉场分析器等，其中以分析磁铁应用的最为广泛。
[0004] 分析磁铁作为一种离子动景:分析器，其选择所需离子的基本原理为：
[0005]
[0006] 其中B为分析磁铁所施加的磁场，Q为离子所带的电荷量，M为离子的质量，V为离 子的速度，R为分析磁铁的曲率半径。
[0007] 从公式⑴可以看出，如果呙子的动量MV与电荷量Q的比值相同，即使呙子的质 量和速度并不相同的两种离子，分析磁铁从原理上也是无法将它们分离开来的。
[0008] 经过加速器加速后获得的离子束，一般情况下，主要成分为某单一成分的离子束， 其在总离子束中所占比例通常会非常高，如果实验要选取的离子恰好为这一构成总离子束 主要成分的单一离子，根据公式（1)调整好分析磁铁的磁场，使其满足实验所需离子顺利 通过需要的动量分析条件，则通过分析磁铁得到的离子无疑为纯度很高的实验所需离子 束。
[0009] 但如果要选取的离子束成分在分析磁铁前的总束流中所占比例份额非常小，或者 甚至没有十分把握确定该实验所需离子束成分的存在，这种情况下经过分析磁铁后，对获 得的满足分析磁铁动量分析条件的离子束，就需要非常认真的加以对待，不能盲目的认为 分析磁铁后获得的离子束即是实验所需的离子束。因为一方面，注入加速器入口的离子束 纯度未必很高，另一方面经过加速器加速后引出的高能离子束在进入分析磁铁前，通常要 穿行数米甚至十几米的距离，高能离子在穿行过程中可能会发生各种情况，如部分离子与 输运线管道壁的碰撞散射，或与输运线管道中残余气体分子的相互作用，失去部分能量，失 去部分外层电子，外层捕获电子，产生具有一定能量的杂质离子等，这些不可控的因素通常 情况下均会导致产生一小部分的非所需离子，而它们又恰好能满足分析磁铁对通过实验所 需离子束所设定的动量分析条件，从而顺利通过分析磁铁。对于分析磁铁后所获得的但又 不能十分肯定其是否为实验所需离子束，我们定义它为疑似离子束。如何判断此疑似离子 束是否即为实验所需离子束，或实验所需离子束在这些疑似离子束中所占的份额为多少， 目前在加速器的常规使用中，并没有很好的方法对经过分析磁铁所获得的疑似离子束进行 甄别。
【发明内容】
[0010] 针对现有技术中对经加速器加速引出的高能离子束，通过分析磁铁的动量分析选 取后，获得的疑似离子束在进行判断及甄别时存在的问题和不足，本发明提出一种对疑似 离子束进行简易甄别的方法，利用该方法对疑似离子束进行相应的分析和判断，可以获知 经过分析磁铁获得的疑似离子束是否即为实验所需离子束，以及实验所需离子束在分析磁 铁后的疑似离子束中所占的份额为多少。
[0011] 本发明的一个目的在于提供一种加速器分析磁铁后疑似离子的甄别方法。
[0012] 本发明的加速器分析磁铁后疑似离子的甄别方法，包括以下步骤：
[0013] 1)由已知的实验所需离子束的质量M、速度V。和所带的电荷量Q，根据公式
确定分析磁铁应施加的磁场强度，调试分析磁铁，得到分析磁铁后疑似离子束的 束流强度；
[0014] 2)在分析磁铁后加装一对与疑似离子束行进方向平行的对称的静电偏转板，疑似 离子束的中心为静电偏转板的对称中心，两个静电偏转板间的距离为2D，其沿疑似离子束 行进方向的有效长度为L，两个静电偏转板上所施加的电压为大小可调的正负对称的恒压， BP:-个静电偏转板加正的高压U，另一个静电偏转板则加负的高压-U，在静电偏转板施加 高压U的情况下，两个静电偏转板间将会产生均匀的电场E:S= ^，从而在与疑似离子束 垂直的方向上建立均匀电场；
[0015] 3)沿着疑似离子束行进方向，在与静电偏转板距离为S的地方，放置离子束位置 探测器；
[0016] 4)确定在静电偏转板上未施加任何电压，均勾电场不存在的情况下，通过分析磁 铁后经过静电偏转板，疑似离子束到达离子束位置探测器的位置，以此位置作为原点〇,并 测量该处呙子束强度Is;
[0017] 5)在静电偏转板上施加电压U后，产生均匀电场E的情况下，通过分析磁铁后经过 静电偏转板，疑似离子束所到达离子束位置探测器的位置，设定此点为X点，并测量该点处 离子束强度It;
[0018] 6)测量0点与X点间的距离，即疑似离子束的偏转距离d;
[0019] 7)由实验所需离子束的相关参量计算其通过分析磁铁后经过静电偏转板（静电 偏转板上施加有产生均匀电场E的静电高压U)，达到离子束位置探测器的位置偏离0点的 距离，得到实验所需离子束的偏转距离计算值d。；
[0020] 8)如果偏转距离d在实验所需离子束的偏转距离计算值d。的误差允许的范围内， 则判定X点处的离子束为实验所需离子束；
[0021] 9)将在X点测量到的离子束强度It与在0点测量到的离子束强度Is做比较，则 可得实验所需离子束在疑似离子束中所占的比例。
[0022] 其中，在步骤1)中，由实验所需离子束经加速器加速后获得的已知能量W，根据公 式可以计算实验所需离子束的速度V。。
[0023] 在步骤7)中，由实验所需离子束的相关参量计算其达到离子束位置探测器时的 位置偏离〇点的距离，得到实验所需离子束的偏转距离计算值d。，包括以下步骤：
[0024] a)设定实验所需离子束能顺利通过分析磁铁的动量分析从而到达实验靶室的条 件为：
[0025]
[0026] 其中MV。和Q分别为实验所需离子束的动量和所带电荷量，B和R分别为分析磁铁 的均匀磁场和分析磁铁的曲率半径；
[0027] b)确定离子穿过均匀电场所需要的时间T :
[0028]
[0029] c)确定离子在均匀电场受到电场力的作用得到的加速度a:
[0030]
[0031] d)确定离子离开均匀电场因电场力的作用而得到的垂直入射方向的速度：
[0032] r〇
[0035] f)将公式（6)和公式⑵结合后可得
[0033] e)确定离子束在与电极板距离为S的地方偏离0点的距离，得到偏转距离计算值 d〇：
[0034]
[0036]
[0037] 由公式（7)可见，在其他物理量都固定的情况下，离子束的偏转距离只取决于离 子入射均匀电场时的速度，二者之间成反比关系。
[0038] 在步骤8)中，由实验所需离子的相关已知参量，根据公式（7)计算d。，并将实 际测量的疑似离子束的偏转距离d与实验所需离子束的偏转距离计算值d。作比较，如果 d。-Ad<d< (1。+Ad，则甄别疑似离子束为实验所需离子束，其中，Ad为误差允许值，误差 允许值Ad应该不超过束流斑点的大小。
[0039] 如果在误差允许的范围内，实际测量到的偏转距离d与偏转距离计算值d。无法吻 合，则说明疑似离子束中根本就不存在实验所需离子束成分，它只是一些满足实验所需离 子束顺利通过分析磁铁动量分析条件的杂散疑似离子束的集合，不可将其输运到离子束实 验靶室进行与离子束相互作用有关的实验研究工作。
[0040] 如果