CN114200504B - 用于模拟β辐射源的电子束发生器及测试方法 - Google Patents

用于模拟β辐射源的电子束发生器及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于模拟β辐射源的电子束发生器及测试方法，电子束发生器包括电子光学***，所述电子光学***包括电子枪、正极、一级磁透镜和二级磁透镜；所述电子枪用于在尖端发射电子，所述电子枪与电压范围为0‑60kV的高压电源连接；所述正极设置在电子枪后端；用于加速在尖端发射的电子；所述一级磁透镜设置在正极后端，用于汇聚加速后的电子；所述二级磁透镜设置在一级磁透镜后端，用于将过焦点再次发散的电子束变成平行电子束。本发明所述电子束发生器不仅能够模拟β辐射源，且能够可产生能量密度不同的加速电子面光源，能够提高束流测量的准确性。

Description

用于模拟β辐射源的电子束发生器及测试方法
技术领域
本发明涉及放射源探测技术领域，具体涉及用于模拟β辐射源的电子束发生器及测试方法。
背景技术
目前微型同位素电池的辐射源普遍选择仅辐射电子的β放射源，低能β辐射源辐射电子能量多处于keV量级，不会对换能材料产生辐照损伤，当活度较低时也不会对人体产生永久性损伤，是一种较为安全的放射源。63Ni辐射源的半衰期长，β粒子能量适中，常被作为同位素电池的辐射源。但63Ni辐射源价格较为昂贵，且操作不当会危害操作人员的健康。
由于63Ni等β辐射源不仅价格昂贵，且具有一定辐射性，因此，对63Ni等β辐射源的测试具有一定限制，所以，有必要设计一种能够模拟63Ni等β辐射源的电子发生器，现有的电子加速器基于扫描电子显微镜，只能产生点光源，点光源不能准确对电子束的束流进行测量。
发明内容
本发明的目的在于提供用于模拟β辐射源的电子束发生器，不仅能够模拟β辐射源，且能够可产生能量密度不同的加速电子面光源，能够提高束流测量的准确性。
此外，本发明还提供基于上述电子束发生器的束流测试方法。
本发明通过下述技术方案实现：
用于模拟β辐射源的电子束发生器，包括电子光学***，所述电子光学***包括电子枪、正极、一级磁透镜和二级磁透镜；
所述电子枪用于在尖端发射电子（即加高压后，会在电子枪尖端发射电子），所述电子枪与电压范围为0-60 kV的高压电源连接；
所述正极设置在电子枪后端；用于加速在尖端发射的电子；
所述一级磁透镜设置在正极后端，用于汇聚加速后的电子；
所述二级磁透镜设置在一级磁透镜后端，用于将过焦点再次发散的电子束变成平行电子束。
本发明与电子枪连接的高压电源优选为超高精度高压电源，本发明中所述正极为无磁不锈钢。
本发明克服基于扫描电子显微镜的传统电子加速器只能产生点光源的弊端，通过电子枪发射电子结合多级磁透镜，实现近似平行电子束。
此外，本发明能够产生用于模拟β辐射源的电子束流，相较于点光源，面光源可以保证辐照在转换器件上的电子束能量一致。
本发明所述电子束发生器可产生能量范围介于5-60 keV的电子面光源。其束流强度在10 mCi/cm2-10000 mCi/cm2区间内连续可调，产生的β电子面光源直径为10 cm，面束流强度均匀性偏离＜±10%。
进一步地，电子枪置于真空环境中。
进一步地，电子枪采用钨灯丝发射电子。
进一步地，一级磁透镜和二级磁透镜分别通过两台超高精度电流源控制磁场。
进一步地，包括壳体，所述壳体的内侧上部安装电子光学***，所述壳体的内侧下部为真空腔室；
所述真空腔室设置有门，所述真空腔室内设置有三维移动台，所述三维移动台上设置有测试样品台，所述测试样品台为圆盘，所述圆盘上沿径向在x轴和y轴方向安装分别安装有一列螺钉，同列螺钉中的各个螺钉呈等间距布置，两列螺钉具有相同布置，所述螺钉与圆盘绝缘，且螺钉之间相绝缘，每个螺钉通过导线与外部的皮安表连接。
本发明所述的三维移动台为现有技术，其在X、Y、Z三轴方向均可以进行移动，用于调节测试样品台的位置。
本发明的电子光学***用于产生平行的电子束，产生的电子束能够在真空腔室内进行测量。
进一步地，真空腔室的侧壁上设置有法兰口，所述导线能够穿过法兰口与皮安表连接。
进一步地，真空腔室的极限真空度为1 E10-4Pa。
进一步地，壳体采用机械泵和分子泵维持壳体内的真空环境，确保真空腔室的真空度。
进一步地，圆盘的半径为6 cm，相邻两个螺钉之间的间距为1 cm。
基于电子束发生器的束流测试方法，包括以下步骤：
S1、将圆盘的中心与电子束发射的轴线对齐；
S2、待电子枪正常工作时，通过调整聚焦电流，使得圆盘上中心处的电流为300pA；
S3、依次测得距离中心处1 cm、2 cm、4 cm和6 cm处的电流。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明所述电子束发生器可产生能量范围介于5-60 keV的电子面光源，能够模拟β辐射源。
2、本发明通过电子枪发射电子结合多级磁透镜，实现近似平行电子束，克服基于扫描电子显微镜的传统电子加速器只能产生点光源的弊端。
3、本发明所述电子束发生器产生的束流强度可调。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明电子光学***的原理图；
图2为电子束发生器的结构示意图；
图3为10 kV情况下的束流分布图；
图4为30 kV情况下的束流分布图；
图5为40 kV情况下的束流分布图；
图6为60 kV情况下的束流分布图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-电子枪，2-正极，3-一级磁透镜，4-二级磁透镜，5-测试样品台，6-真空腔室。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-图2所示，用于模拟β辐射源的电子束发生器，包括壳体，所述壳体的内侧上部安装电子光学***，所述壳体的内侧下部为真空腔室6，所述电子光学***包括电子枪1、正极2、一级磁透镜3和二级磁透镜4；
所述电子枪1用于在尖端发射电子，所述电子枪1与电压范围为0-60 kV的超高精度高压电源连接，所述电子枪1采用钨灯丝发射电子；
所述正极2设置在电子枪1后端；用于加速在尖端发射的电子；
所述一级磁透镜3设置在正极2后端，用于汇聚加速后的电子；
所述二级磁透镜4设置在一级磁透镜3后端，用于将过焦点再次发散的电子束变成平行电子束；所述一级磁透镜3和二级磁透镜4分别通过两台超高精度电流源控制磁场；
所述真空腔室6采用前开门设置，所述真空腔室6内设置有三维移动台，所述三维移动台上设置有测试样品台5，所述测试样品台5为圆盘，所述圆盘上沿径向在x轴和y轴方向安装分别安装有一列螺钉，同列螺钉中的各个螺钉呈等间距布置，两列螺钉具有相同布置，所述螺钉与圆盘绝缘，且螺钉之间相绝缘，每个螺钉通过导线与外部的皮安表连接；所述真空腔室6的侧壁上设置有法兰口，所述导线能够穿过法兰口与皮安表连接。
在本实施例中，所述真空腔室6的极限真空度为1E10-4Pa；电子枪4的极限真空度为1 E10-4Pa；所述壳体采用机械泵和分子泵维持壳体内的真空环境，确保真空腔室6的真空度。
在本实施例中，所述圆盘的半径为6 cm，相邻两个螺钉之间的间距为1 cm。
本实施例的测试方法包括以下步骤：
S1、将圆盘的中心与电子束发射的轴线对齐；
S2、待电子枪正常工作时，通过调整聚焦电流，使得圆盘上中心处的电流为300pA；
S3、依次测得距离中心处1 cm、2 cm、4 cm和6 cm处的电流，每次测量5个螺钉的电流，每次测量一个轴的其中5点的束流，待一个轴的电流测试完毕，更换导线的位置，依此，分别测得圆盘x轴-，x轴+，y轴-，y轴+，4轴上各点在同样聚焦电流下的束流情况。实验共4组，分别测得10 kV，30 kV，40 kV，60 kV的情况下束流的分布图，如图3-图6所示：说明电压在10—60keV范围内其束流分布都较为均匀，面束流强度均匀性偏离＜±10%。由于测完单轴后，需要打开真空腔室6将圆盘重新放置，并再次开启电子枪1进行测试，因此不同轴向测量时中心处的电流也会有稍许偏差。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于模拟β辐射源的电子束发生器，包括电子光学***，其特征在于，所述电子光学***包括电子枪（1）、正极（2）、一级磁透镜（3）和二级磁透镜（4）；
所述电子枪（1）用于在尖端发射电子，所述电子枪（1）与电压范围为0-60 kV的高压电源连接；
所述正极（2）设置在电子枪（1）后端；用于加速在尖端发射的电子；
所述一级磁透镜（3）设置在正极（2）后端，用于汇聚加速后的电子；
所述二级磁透镜（4）设置在一级磁透镜（3）后端，用于将过焦点再次发散的电子束变成平行电子束；
还包括壳体，所述壳体的内侧上部安装电子光学***，所述壳体的内侧下部为真空腔室（6）；
所述真空腔室（6）设置有门，所述真空腔室（6）内设置有三维移动台，所述三维移动台上设置有测试样品台（5），所述测试样品台（5）为圆盘，所述圆盘上沿径向在x轴和y轴方向安装分别安装有一列螺钉，同列螺钉中的各个螺钉呈等间距布置，两列螺钉具有相同布置，所述螺钉与圆盘绝缘，且螺钉之间相绝缘，每个螺钉通过导线与外部的皮安表连接。
2.根据权利要求1所述的用于模拟β辐射源的电子束发生器，其特征在于，所述电子枪（1）置于真空环境中。
3.根据权利要求1所述的用于模拟β辐射源的电子束发生器，其特征在于，所述电子枪（1）采用钨灯丝发射电子。
4.根据权利要求1所述的用于模拟β辐射源的电子束发生器，其特征在于，所述一级磁透镜（3）和二级磁透镜（4）分别通过两台超高精度电流源控制磁场。
5.根据权利要求1所述的用于模拟β辐射源的电子束发生器，其特征在于，所述真空腔室（6）的侧壁上设置有法兰口，所述导线能够穿过法兰口与皮安表连接。
6.根据权利要求1所述的用于模拟β辐射源的电子束发生器，其特征在于，所述真空腔室（6）的极限真空度为1 E10-4Pa。
7.根据权利要求1所述的用于模拟β辐射源的电子束发生器，其特征在于，所述壳体采用机械泵和分子泵维持壳体内的真空环境，确保真空腔室（6）的真空度。
8.根据权利要求1所述的用于模拟β辐射源的电子束发生器，其特征在于，所述圆盘的半径为6 cm，相邻两个螺钉之间的间距为1 cm。
9.基于权利要求6-8任一项所述的电子束发生器的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将圆盘的中心与电子束发射的轴线对齐；
S2、待电子枪正常工作时，通过调整聚焦电流，使得圆盘上中心处的电流为300 pA；
S3、依次测得距离中心处1 cm、2 cm、4 cm和6 cm处的电流。
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