一种磁场旋转的偏心粒子收集装置的制作方法

本实用新型属于粒子收集技术领域，更为具体地讲，涉及行波管、返波管、速调管、回旋管、自由电子激光、奥罗管、太赫兹脉塞真空电子器件，以及粒子直线加速器、回旋加速器、同步辐射机等真空粒子器件中使用的粒子收集装置

背景技术：

大部分真空器件包括行波管、返波管、直线加速器等都必须使用的一种粒子收集装置。粒子收集装置主要作用是将互作用完成的粒子收集，即将剩余能量回收，并且减少粒子辐射和返流，增强散热。需要提高收集极和器件整体效率时，通常采用多级降压收集极。

现有粒子收集装置大多为轴对称结构，如图1所示。粒子收集装置内无磁场，故而进入到粒子收集装置内的粒子由于空间电荷力散开，能量较高的粒子射程更远，所以采用多级收集极叶片1的方式进行粒子收集，尾端2的收集极叶片1电压更高，不断向注入端4的入射孔3靠近，收集极叶片1的电压也不断降低。具有一定能量的粒子束打到收集极叶片内壁，产生弹性碰撞和非弹性碰撞，则会激发产生二次粒子，由于收集极叶片1和注入端4间的电压差，则会产生粒子返流，返流从注入端4进入到互作用区间，影响粒子和场的互作用，降低真空器件整体效率和功率。

因此，研制低返流的粒子收集装置就具有极其重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中轴对称粒子收集装置返流率高、收集效率低的不足，提供一种磁场旋转的偏心粒子收集装置，以降低返流率、并提高粒子收集效率，从而提高真空器件整体效率和功率。

为实现上述发明目的，本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置，其特征在于，包括：

两块磁块，所述两块磁块前后并行垂直放置，并在两块磁块之间形成一个水平方向的磁场；

粒子注入端，位于两块磁块之间的位置，粒子从粒子注入端入射孔射入，并从垂直于磁场方向注入到磁场中，注入粒子在磁场的作用下发生旋转，旋转平面和磁场方向垂直；

多片粒子收集叶片，位于两块磁块之间的粒子旋转方向一侧水平位置上方，从高到低依次放置，最高位置的粒子收集叶片长度最短，其离粒子注入端侧的边沿距离粒子注入端水平位置最远，其他的从高到低长度依次增加，离粒子注入端侧的边沿依次向粒子注入端水平方向靠近。

作为进一步的改进，所述多片粒子收集叶片上加载(设置)的电压沿着旋转方向逐步降低。

本实用新型的目的是这样实现的。

本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置，通过两块磁块施加水平磁场，使得粒子注入端注入的粒子在磁场的作用下发生旋转，其旋转平面与磁场方向垂直，同时，粒子旋转半径和粒子能量成正比；在旋转方向一侧水平位置，从高到低设置依次向粒子注入端靠近的多片粒子收集叶片，粒子收集叶片从高到低收集能量逐渐减低的粒子。本实用新型采用偏心型多级收集极叶片进行粒子收集，注入的粒子在磁场的作用下旋转并偏离粒子注入端的入射孔，同时，部分碰撞产生的二次粒子，如果其从侧面往入射孔方向逆旋转反射，也会由于磁场的作用，旋转半径大大减小，多数二次粒子将返回不到入射孔位置，从而降低了返流率、并提高粒子收集效率，从而提高真空器件整体效率和功率。本实用新型是一种结构简单、返流低、收集效率高的粒子收集装置，能够广泛地应用于粒子加速器、电真空器件等技术领域。

附图说明

图1是现有常规轴对称结构粒子收集装置的剖视图；

图2是本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置一种具体实施方式结构示意图；

图3是图2所示磁场旋转的偏心粒子收集装置的前后中心线剖视图；

图4是本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置粒子收集示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图2是本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置一种具体实施方式结构示意图。

在本实施例中，如图2所示，本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置包括两块磁块100、粒子注入端200、多片粒子收集叶片400。所述两块磁块100为矩形块，前后并行垂直放置，并在两块磁块之间形成一个水平方向的磁场。在本实施例中，为一个由外向内的磁场，为了简洁，用三根箭头表示，两块磁铁之间都具有由外向内的水平磁场。

所述粒子注入端200位于两块磁块100之间的下侧位置，粒子从粒子注入端200入射孔300射出，并从下侧垂直于磁场方向注入到磁场中，注入粒子在磁场的作用下发生旋转，旋转平面和磁场方向垂直。在本实施例中，粒子为电子，电子在磁场的作用下，向右侧发生旋转。

所述多片粒子收集叶片400为四片，位于两块磁块100之间的粒子旋转方向一侧即右侧水平位置，从高到低依次放置，最高位置的粒子收集叶片400距离粒子注入端200水平位置最远，然后从高到低依次向粒子注入端靠近。如图2所示，最高位置的粒子收集叶片400的左侧边沿距离粒子注入端200水平位置最远，最低位置的粒子收集叶片400的左侧边沿距离粒子注入端200水平位置最近。

在本实施例中，如图3所示，在粒子注入端200的入射孔300通过两块磁块100施加水平磁场，粒子注入时则会旋转(图中虚线箭头所示)，其旋转平面和磁场方向垂直，旋转半径和粒子能量成正比。在旋转方向一侧，即右侧水平位置上方从高到低依次放置，最高位置的粒子收集叶片400距离粒子注入端水平位置最远，收集能量最高的粒子，然后从高到低依次向粒子注入端靠近，收集能量逐渐减低的粒子。在本实施例中，以左边对其，粒子收集叶片400最高位置的左右长度也最短，然后根据不同能量粒子的旋转半径，沿着旋转方向设置左右长度逐渐变长的粒子收集叶片，收集能量逐渐减低的粒子。

需要说明的是，上述方位的表示仅仅是便于描述各个组成部分的相对位置，实际具体实施过程中，可以根据具体情况而定。

本实用新型和现有的轴对称粒子收集装置不同：首先本实用新型不是轴对称结构，如图4所示，因为磁场导致注入粒子旋转，图4中圆弧为粒子旋转轨迹，形成旋转平面，所以本实用新型提出的磁场旋转的偏心粒子收集装置，由于磁场方向决定粒子旋转方向，所以在旋转平面上看到的结构是在旋转方向上尺寸大，而逆旋转方向上尺寸小，也就是部分碰撞产生的二次粒子，如果其从侧面往入射孔方向逆旋转反射，也会由于磁场的作用，旋转半径大大减小，多数二次粒子将返回不到入射孔位置，从而降低了返流率、并提高粒子收集效率，从而提高真空器件整体效率和功率。

其次，粒子收集叶片400也不是轴对称结构，只是沿着旋转方向上有长度不同的叶片作为粒子收集叶片400。

本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置电压设置方式和轴对称粒子收集装置的电压设置方式不同。轴对称粒子收集装置的电压设置由远及近电压逐步降低，本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置电压设置方式，是根据磁场导致不同能量粒子旋转半径不同，而沿着旋转方向设置电压逐步降低，从理论上来说，就是在不同半径圆上设置不同的电压。总的来说，本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置是一种全新的、完全不具有轴对称形式的结构，其电压的设置方式也和轴对称粒子收集装置完全不同。

进一步说明：本实用新型提出磁场旋转的偏心粒子收集装置中粒子收集叶片在受到粒子轰击时也产生二次粒子，产生的二次粒子能量较低，由于粒子受到磁场和电场同时作用，运动轨迹明显发生偏转，不会返回进入到互作用区域，从而抑制二次粒子返流，提高收集效率，进而提高了真空器件整体效率和输出功率。本实用新型磁场旋转的偏心粒子收集装置可以根据不同能量粒子的旋转半径不同设置较多的收集极叶片，从而提高了收集极效率。

在本实施例中，如图2，采用两块磁块100之间形成的矩形磁场，两块磁块100左右长32mm、前后宽5mm、高20mm、间距15mm，磁场强度0.1T，注入粒子为电子，其电压约为20Kv时，粒子收集叶片400有四个，前后方向的宽度为14.4mm，施加电压为10Kv、8Kv、6Kv、1Kv，悬空深入长度即左侧边沿距离粒子注入端的距离根据10Kv、8Kv、6Kv、1Kv分别计算获得。

在具体实施过程中，磁场的尺寸和强度以及粒子收集叶片400位置、长度和数量可以根据实际情况进行调整。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。