CN115279009B - 一种宽能大束斑电子加速器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种宽能大束斑电子加速器，涉及加速器技术领域，能够获得很大的电子能量调节范围，通过采用一维扩束加一维扫描的束斑扩大方案，可以在有限的束流传输空间内获得很大的束斑，同时束斑的时间结构好，束斑密度更均匀。该电子加速器包括水平光路和垂直光路，水平光路包括依次设置的直线加速器、薄碳靶、螺线管、准直器、α磁铁；其中，α磁铁用于将束流进行270°偏转进入垂直光路；垂直光路包括依次设置的导向磁铁、3个四极磁铁、扫描磁铁和在后两个四极磁铁之间设置的一个六极磁铁。α磁铁的磁场梯度指数为0.8。α磁铁的偏转盒设置水冷结构。本申请的宽能大束斑电子加速器用于给电子加速。

Description

一种宽能大束斑电子加速器

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，具体涉及一种宽能大束斑电子加速器。

背景技术

电子加速器在科研、国防、医疗、工农业生产等领域有广泛应用，在某些应用领域中，需要电子加速器输出的电子能量能够进行大范围调节。采用静电高压型的电子加速器，虽然输出的电子能量调节范围比较大，但是其高压电源和加速管的体积很大，有些应用场合难以安装，同时，静电高压型加速器输出的电子能量有限。

为了获得较高的电子能量，一般采用电子直线加速器。然而，对直线加速器输出的电子能量进行大范围调节时存在很大困难。由于电子加速器输出的电子束束斑一般为毫米量级，一般很难直接利用，需要将束斑扩大，同时大束斑的电子束可以提高利用效率。束斑扩大的方式一般通过扫描磁铁将束流周期性扫描开，使束斑连续的铺满整个平面，或者通过四极磁铁散聚焦，将束流重新分布到所需的面积。采用扫描磁铁的优点是束斑可以很容易地扩大，但存在脉冲时间结构不好的问题。采用四极磁铁直接扩束，可以解决脉冲时间结构的问题，但如果加速器安装空间有限，则存在二维束斑扩大困难和束流损失过大等问题。

此外，电子直线加速器输出的电子束能散较大，需要通过偏转磁铁选能，但选能后的电子束斑密度分布在偏转方向上发生畸变，不利于束斑均匀化。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供一种宽能大束斑电子加速器，从而在有限的束流传输空间内获得很大的束斑，且电子能量调节范围更大，束斑更均匀。

为实现上述技术特征，本申请实施例提供一种宽能大束斑电子加速器，包括水平光路和垂直光路，水平光路包括依次设置的直线加速器、薄碳靶、螺线管、准直器、α磁铁，直线加速器发射的电子束轰击薄碳靶产生束流，束流经螺线管聚焦后，进入准直器准直，然后进入α磁铁，α磁铁用于将束流进行270°偏转；垂直光路包括依次设置的多个磁铁件组成的磁铁组合，用于对α磁铁偏转后的束流进行束斑扩大和均匀化操作，垂直光路的末端用于与连接实验仓。

具其中，α磁铁内包括铁轭形成的磁回路，以及设置在铁轭上的同一侧的进束流管道和出束流管道，铁轭的内壁具有凸出的磁极头，铁轭的内部设有偏转盒，偏转盒位于磁极头的间隙内；α磁铁的磁场梯度指数为0.8，磁极头为锤头形状，进束流管道和出束流管道的截面都为圆形，且进束流管道和出束流管道相交，且中心轴线的交点位于铁轭的内侧边缘；且进束流管道和出束流管道的中心轴线与偏转盒的外壁的夹角都是45°，偏转盒与进束流管道和出束流管道连通，且进束流管道和出束流管道连通位于偏转盒的同一侧，偏转盒靠近进束流管道的一端至远离进束流管道的一端的横向厚度逐渐减小。

另外，偏转盒的内壁设水冷夹层、内部腔室内设有水冷内盒，水冷内盒穿设固定连接有束流挡板，束流挡板用于阻挡能量低于主束流能量10％的电子；束流挡板、水冷内盒的角部和偏转盒远离进束流管道和出束流管道的一侧的内壁用于阻挡电子束。

这里，α磁铁的磁场梯度指数为0.8，以实现束流在α磁铁内进行270°偏转，当束流从进束流管道入射后，经过270°偏转从出束流管道出射，而后出射后的束流进入垂直光路，而垂直光路中依次设置的多个磁磁铁件组成的磁铁组合，可用于对270°偏转后的束流进行束斑扩大和均匀化操作。如此，一方面可获得较大的、时间结构好、密度更均匀的束班；另一方面，经过束270°偏转后束流，可方便束线的安装调试。

在本申请的一种可能的实现方式中，磁极头为两个，对称设置在铁轭的两侧内壁上，磁极头的锤头形状的锤柄与铁轭的内壁连接，且磁极头的锤头形状的锤柄上缠绕有励磁线圈，每个磁极头与其连接的铁轭的内壁形成H型磁铁。其中，锤头形状的磁极头相比较于规则的圆柱形磁极、条形磁极等，可以大大降低α磁铁的重量。另外，当缠绕在锤柄部的励磁线圈有电流通过时，可通过调节流经励磁线圈的电流强度，进而可调节两个磁极头产生的磁场强度，从而对进入该偏转磁场的电子束流的运动轨道进行调节。

在本申请的一种可能实现方式中，特征在于，两个磁极头之间的具有磁极间隙，两个磁极头靠近的端面为弧面，进束流管道和出束流管道设置在铁轭未设置磁极头的其中一个侧壁上，且沿设置进束流管道的铁轭的侧壁至铁轭未设置磁极头的另一个侧壁的方向上，磁极间隙逐渐减小。如此设置，以用于在磁极间隙内提供偏转磁场。

在本申请的一种可能的实现方式中，直线加速器的包括电子枪，电子枪用于发射不同流强的电子束，以用于调节电子束的流强。

在本申请的一种可能的实现方式中，薄碳靶的厚度可在0.5～2mm的范围内调整，薄碳靶可在初始位置和调整位置之间运动，当薄碳靶运动至初始位置时，薄碳靶运动到偏离束流中心线位置，不对电子束能量调整；当薄碳靶运动至调整位置时，薄碳靶运动到束流中心线位置，以降低电子束能量。如此，通过电子束轰击可调节厚度的薄碳靶及改变薄碳靶的运动位置来实现电子能量调节范围。

在本申请的一种可能的实现方式中，通过调整α磁铁的励磁磁场输出准单能的电子束，每个励磁磁场值对应一个准单能电子束能量。α磁铁使得偏转前后的束斑分布类型保持一致，不产生子相空间的相图畸变。由此，采用α磁铁实现了电子大角度偏转前后的束斑分布类型不发生变化，有利于束斑均匀化。

在本申请的一种可能的实现方式中，磁铁组合包括依次设置的导向磁铁、3个四极磁铁、扫描磁铁和在后两个四极磁铁之间设置的一个六极磁铁，四极磁铁用于束流包络的控制，六极磁铁用于束流均匀化操作，在六极磁铁处X方向的束流包络小于10mm，Y方向的束流包络小于150mm，三个四极磁铁中，靠近扫描磁铁的四极磁铁用于束流在Y方向的扩束，扫描磁铁用于束流在X方向的扫描扩束。

在本申请的一种可能的实现方式中，垂直光路从α磁铁到扫描磁铁的长度不超过2米，水平光路的长度也不超过2米。如此，其可便于安装在有限的空间内。

本发明的有益效果如下：本发明采用电子直线加速器结合薄碳靶的方案，通过电子束轰击可调节厚度的薄碳靶来降低电子能量，可以在有限的加速器安装空间内获得很大的电子能量调节范围；α磁铁的极头采用锤头形状，可以大大降低磁铁的重量；α磁铁的磁场梯度指数为0.8，使得束流在α磁铁内的偏转角度为270°，方便束线的安装调试；另外，通过采用α磁铁，可以使得大角度偏转前后的束斑分布类型不发生变化，有利于束斑均匀化；通过采用在一个方向扩束，在另一个方向扫描的束斑扩大方案，可以在有限的束流传输空间内获得很大的束斑，同时束斑的时间结构好，束斑密度均匀性好；通过将聚焦六极磁铁置于最后两个四极磁铁之间，可以获得更好的束斑均匀化效果，并且电子损失更小；采用该偏转盒，可以充分利用α磁铁磁极之间的间隙，且偏转盒内的束流挡板等设计可以获得能散度较小的束流。按照本发明的技术方案设计的整个加速器的安装空间很小，适用于空间有限的应用场合。

附图说明

图1为本发明实施例中宽能大束斑电子加速器的结构示意图；

图2为本发明实施例中聚焦六极磁铁的结构示意图；

图3为本发明实施例中宽能大束斑电子加速器的束流包络示意图；

图4为本发明实施例中宽能大束斑电子加速器的光路末端相图；

图5为常规偏转磁铁大角度偏转束流在偏转方向的相图；

图6为本发明实施例中α磁铁大角度偏转束流在偏转方向的相图；

图7为本发明实施例中α磁铁俯视图；

图8为本发明实施例中α磁铁侧剖视图；

图9为本发明实施例中α磁铁的束流进出孔道的局部放大图；

图10为本发明实施例中α磁铁的二维磁场分布图；

图11为本发明实施例中α磁铁沿X轴的磁场分布图；

图12为本发明实施例中α磁铁的偏转盒的俯视图；

图13为本发明实施例中α磁铁的偏转盒的侧剖视图。

附图标记说明：

1-电子加速器；2-薄碳靶；3-螺线管；4-准直器；5-α磁铁；6-导向磁铁；7-四极磁铁；8-聚焦六极磁铁；9-扫描磁铁；10-实验仓；51-磁极头；52-铁轭；53-磁励线圈；54-偏转盒；55-水管；56-水冷夹层；57-束流挡板；58-水冷内盒；521-束流管道；5211-进束流管道；5212-出束流管道。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本申请实施例提供一种宽能大束斑电子加速器，参照图1，主要包括水平光路和垂直光路两部分。水平光路依次由电子直线加速器1、薄碳靶2、螺线管3、准直器4、α磁铁5组成，其中，直线加速器1发射的电子束轰击薄碳靶2产生束流，束流经螺线管3聚焦后，进入准直器4准直，然后进入α磁铁5，α磁铁5用于将束流进行270°偏转。垂直光路包括依次设置的多个磁铁件组成的磁铁组合，以用于对α磁铁偏转后的束流进行束斑扩大和均匀化操作，垂直光路的末端用于与连接实验仓10。

这其中，参照图7、图12和图13，α磁铁5内包括铁轭52形成磁回路，以及设置在铁轭52上的同一侧的进束流管道5211和出束流管道5212，铁轭52的内壁具有凸出的磁极头51，铁轭52的内部设有偏转盒54，偏转盒54位于磁极头51的间隙内；α磁铁5的磁场梯度指数为0.8，磁极头51为锤头形状，进束流管道5211和出束流管道5212的截面都为圆形，进束流管道5211和出束流管道5212相交，且中心轴线的交点位于铁轭52的内侧边缘；另外，偏转盒54的内壁设水冷夹层56、内部腔室内设有水冷内盒58，水冷内盒58穿设固定连接有束流挡板57，束流挡板57用于阻挡能量低于主束流能量10％的电子；束流挡板57、水冷内盒58的角部和偏转盒54远离进束流管道5211和出束流管道5212的一侧的内壁用于阻挡电子束。

具体地，通过采用直线加速器1结合薄碳靶2的方案，通过电子束轰击可调节厚度的薄碳靶来降低电子能量，从而获得大范围能量的电子束，束流经螺线管3聚焦并通过准直器4准直后进入α磁铁5。这里，α磁铁5的磁场梯度指数为0.8，用以实现束流在α磁铁5内进行270°偏转，当束流从进束流管道5211入射后，经过270°后偏转从出束流管道5212出射，而后出射后的束流进入垂直光路，而垂直光路中依次设置的多个磁铁件组成的磁铁组合，用于对270°偏转后的束流进行束斑扩大和均匀化操作，一方面可获得较大的、时间结构好、密度更均匀的束班，另一方面，经过270°偏转后束流，可方便束线的安装调试。

其中，电子直线加速器1包括电子枪，由于其流强可以大范围调整，可用于发射不同流强的电子束，同时输入加速管的微波能量也可以大范围调整，使得经电子直线加速器1输出的电子能量的调整范围可达2～5MeV，即电子能量已处于较高的能量值，由于薄碳靶2可在初始位置和调整位置之间运动，此时，可使薄碳靶2运动至初始位置，此时薄碳靶2偏离束流中心线而不工作。如果要获得更低能量的电子，需要将薄碳靶2运动至调整位置，即运动到束流中心线位置，用2MeV电子束轰击薄碳靶2，来降低电子能量。本发明首先利用电子束的束流负载效应的变化来调整电子能量，但其调节范围有限，一般为±30％左右。再将直线加速器输出的电子束轰击可调节厚度的薄碳靶，碳靶厚度调节范围一般为0.5～2mm，从不同厚度的薄碳靶出射的电子能量不同，从而可以获得所需要的大范围能量变化的电子束。

另外，从薄碳靶2出射的电子束有很大的能散，需要螺线管3对束流进行聚焦俘获，再经过准直器4的束流准直。经过螺线管3的聚焦和准直器4准直后进入α磁铁5，调整α磁铁5的励磁磁场可以输出准单能的电子束，电子束能量最低可到0.2MeV左右。因此，通过水平光路可获得的电子束能量范围为0.2～5MeV。

由于常规的二极偏转磁铁会对大角度偏转后的束流产生畸变，例如，参照图5，从椭圆形的电子相空间分布畸变为不规则的粒子分布。这种畸变在后续的光路传输过程中不可能调整回原形状的电子分布，这对电子束斑密度分布的均匀性有不利影响。本发明采用α磁铁5作为偏转磁铁，可以使得大角度偏转(如偏转270°)前后的束斑分布类型不发生变化，例如，参照图6所示，偏转前后的束斑都是高斯分布。

在一些实施例中，参照图7，为α磁铁5俯视图，α磁铁5两个锤头形状的磁极头51分别对称安装在α磁铁5的铁轭52内侧，磁极头51的锤头形状的锤柄与铁轭52的内壁连接，且磁极头51的锤头形状的锤柄上缠绕有励磁线圈53，每个磁极头51与其连接的铁轭52的内壁形成H型磁铁。这其中，锤头形状的磁极头51相比较于规则的圆柱形磁极头、条形磁极头等，可以大大降低α磁铁5的重量。另外，当缠绕在锤柄部的励磁线圈53有电流通过时，可通过调节流经励磁线圈53的电流强度，进而可调节两个磁极头51间的磁场强度，从而对进入该偏转磁场的电子束流的运动轨道进行调节。，

具体地，铁轭52由上部分铁轭、下部分铁轭及左右两侧部分铁轭围成，使铁轭52形成磁回路。其中，两个磁极头51沿竖直方向上分别与上部分铁轭和下部分铁轭连接，且均对称安装在铁轭52的内侧，这里，两个磁极头51之间具有磁极间隙，以用于在磁极间隙所在空间内产生磁场空间，而沿磁极头51的左端至右端的方向上，磁极间隙的大小依次递减，以便在磁极间隙内提供偏转磁场。另外，励磁线圈53缠绕在两个磁极头51的锤柄部，当励磁线圈53中有电流通过时，两个磁极头51之间用于向经过α磁铁5内电子束流提供偏转磁场，其次，通过调节励磁线圈53中电流的大小可提供不同磁场强度的偏转磁场。

需要说明的是，这里，铁轭52的具体结构形式不作限定。诸如，铁轭52可为多个硅钢片垒叠而成，铁轭52的截面内轮廓可以是四边形、六边形等等。优选地，铁轭52的截面内轮廓为矩形，其结构简单、易制作，铁轭52的截面外轮廓不作限定。其中，该α磁铁5还包括用于与铁轭52固定的连接结构，诸如，该连接结构由底板、紧固螺栓、夹持固定架结构等组成，这里不作限定，仅需满足将铁轭52固定即可。另外，如没有特殊说明，铁轭52的截面内轮廓均以矩形为例说明。

在一些实施例中，参照图8，为α磁铁的侧视图，其中的束流管道521的局部放大图如图9所示，束流管道521的轴线相交于铁轭52的内侧边缘。参照图图12和图13，束流管道521包括进束流管道5211和出束流管道5212，其均位于偏转盒54同一侧的外壁上，且均靠近磁极间隙大的位置。进束流管道5211和出束流管道5212的中心轴线的交点位于铁轭52内侧，且进束流管道5211和出束流管道5212与偏转盒54外壁的夹角都是45°。如此，α磁铁5的磁场梯度指数为0.8时，束流在α磁铁5内可产生270°的偏转角度，又由于进束流管道5211和出束流管道5212的中心轴线交点位于α磁铁5的铁轭52内侧边缘，且其与偏转盒54的外壁夹角均为45°，如此，束流进入进束流管道5211经过270°的偏转后可从出束流管道5212射出，从而获得经过270°偏转的束流。

需要说明的是，进束流管道5211和出束流管道5212的材质这里不作限定，例如，可以是奥氏体不锈钢材质、金属陶瓷材质，其满足足够的机械强度、耐压性能和良好的束流光学性能即可。进束流管道5211和出束流管道5212的直径和长度这里不作限定，根据实际需求调整即可。另外，进束流管道5211和出束流管道5212设置在偏转盒54的同一侧，其中，进束流管道5211和出束流管道5212与偏转盒54的连接方式为固定连接，其固定连接方式可以是法兰连接、焊接、螺栓与螺母配合连接等等，具体连接形式这里不作限定。

参照图10，为α磁铁5的二维磁场分布，其沿X轴的磁场分布如图11所示，即其磁场分布的拟合曲线的磁场梯度指数为0.8。由此，以便于电子束流可在该磁场空间内发生270°的角度偏转。

在一些实施例中，参照图12，为α磁铁5中的偏转盒54的俯视图，偏转盒54沿垂直于磁极间隙大的一侧至磁极间隙小的一侧方向上的截面逐渐减小，且偏转盒54可伸入磁极间隙中，其偏转盒54的盒体厚度从左到右逐渐减小，以便安装在图7中从左到右逐渐减小的磁极间隙中。

参照图13，为α磁铁中的偏转盒54的侧剖视图，偏转盒54的侧视外形为梯形，参照图7，由于磁极间隙从左到右逐渐减小，采用侧视外形为梯形的偏转盒54，以便充分利用两个磁极头51的磁极间隙，便于偏转盒54的盒体与磁极间隙形成的所在空间相适配。

参照图12和图13，水管55用于输入输出冷却水，偏转盒54的内壁的水冷夹层56用于冷却轰击到偏转盒54外壁的高能电子功率。具体地，偏转盒54的内壁周围设有夹板，夹板与偏转盒54的内壁共同围设形成容纳冷却水的水冷夹层56，水管55的一端用于与水冷夹层56连通，以输入或输出冷却水至水冷夹层56中。

进一步地，参照图12和图13，偏转盒54内设有水冷内盒58和束流挡板57，束流挡板57与水冷内盒58固定在一起，用于挡掉能量低于主束流能量10％的电子，并冷却其产生的热量。具体地，束流挡板57的一端伸出水冷内盒58外，该伸出端用于挡掉能量低于主束流能量10％的电子；束流挡板57的另一端伸入水冷内盒58内，用于冷却束流挡板57的伸出端被电子束轰击时产生的热量。这其中，进出α磁铁5的束流管道521截面为圆形，其中进束流管道5211用于输入电子束，出束流管道5212用于输出电子束。进束流管道5211与出束流管道5212与偏转盒54外壁的夹角都是45°。电子束在偏转盒54内的损失位置为3个，分别是束流挡板57伸出水冷内盒58的一端、水冷内盒58远离进束流管道5211和出束流管道5212的一侧外壁(即水冷内盒58左下角部)和偏转盒54远离束流进出口一侧的内壁(即图13左侧内壁)。

需要说明的是，这里，束流挡板57与水冷内盒58的固定连接方式不作限定，可以是焊接，也可以是卡接、螺钉连接等等，优选地，采用焊接，其结构稳定且使用周期长。另外，水冷内盒58的形状这里也不作限定，优选地，可采用长方形结构的水冷内盒58。

在一些实施例中，参照图1～图6，垂直光路主要进行束斑扩大和束斑密度均匀化的处理，包括依次设置的导向磁铁6、3个四极磁铁7、扫描磁铁9和在后两个四极磁铁之间设置的一个聚焦六极磁铁8。其中，导向磁铁6用于矫正机械安装误差。四极磁铁7用于束流包络的控制和最后的束斑的扩大。采用四极磁铁7扩束后的束斑一般为高斯分布，为了获得均匀的束斑分布，本发明采用聚焦六极磁铁8，其结构如图2所示，这里，需要说明的是，图2中仅表现了聚焦六极磁铁8的一半结构，另一半结构关于X轴上下对称。

另外，为了获得更好的束斑均匀化效果，同时减小大束流包络的电子损失，在光路的安排上，需要将聚焦六极磁铁8置于最后两个四极磁铁7之间。四极磁铁7在进行束流包络的控制时，要求X方向的束流包络在聚焦六极磁铁8处越小越好，Y方向的束流包络在聚焦六极磁铁8处要小于150mm，如图3所示的包络图，从而有利于聚焦六极磁铁8进行束流均匀化操作。在光路末端相图，如图4所示，X方向的束流包络很小，半高宽约50mm，而Y方向的束流包络很大，为400mm，同时Y方向的束斑密度均匀性好于10％，即光路只在Y方向进行了扩束与均匀化操作。

需要说是的是，在X方向的扩束与均匀化操作是通过扫描磁铁9进行的，其工作原理和效果与其它扫描磁铁的均匀化操作是相同的。

在一些实施例中，参照图1，垂直光路从α磁铁5到扫描磁铁9的长度不超过2米，水平光路的长度也不超过2米，因此本申请中的宽能大束斑电子加速器的的安装空间是很小的，即在其在有限的束流传传输空间内即可获得很大的束斑，使得该电子加速器便于安装，占用空间小且适应性强。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。这样，倘若对本发明的这些变型、用途适应性变化属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改变型和用途适应性变化在内。

上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种宽能大束斑电子加速器，其特征在于，包括：

水平光路，包括依次设置的直线加速器、薄碳靶、螺线管、准直器、α磁铁，所述直线加速器发射的电子束轰击所述薄碳靶产生束流，随后所述束流经所述螺线管聚焦后，进入所述准直器准直，然后进入α磁铁，所述α磁铁用于将束流进行270°偏转；

垂直光路，包括依次设置的多个磁铁件组成的磁铁组合，用于对所述α磁铁偏转后的所述束流进行束斑扩大和均匀化操作，所述垂直光路的末端用于与实验仓连接；

其中，所述α磁铁包括铁轭形成的磁回路，以及设置在所述铁轭上的同一侧的进束流管道和出束流管道，所述铁轭的内壁具有凸出的磁极头，所述铁轭的内部设有偏转盒，所述偏转盒位于所述磁极头的间隙内；

所述α磁铁的磁场梯度指数为0.8，所述磁极头为锤头形状，所述进束流管道和所述出束流管道的束流管道截面都为圆形，所述进束流管道和所述出束流管道相交，且中心轴线的交点位于所述铁轭的内侧边缘；

所述进束流管道和所述出束流管道的中心轴线与所述偏转盒的外壁的夹角都是45°，所述偏转盒与所述进束流管道和所述出束流管道连通，且所述进束流管道和所述出束流管道连通位于所述偏转盒的同一侧，所述偏转盒靠近所述进束流管道的一端至远离所述进束流管道的一端的横向厚度逐渐减小；

所述偏转盒的内壁设有水冷夹层、所述偏转盒的内部腔室内设有水冷内盒，所述水冷内盒穿设固定连接有束流挡板，所述束流挡板用于挡掉能量低于主束流能量10％的电子；所述束流挡板、所述水冷内盒的角部和所述偏转盒远离所述进束流管道和所述出束流管道的一侧的内壁用于阻挡所述电子束。

2.根据权利要求1所述的宽能大束斑电子加速器，其特征在于，所述磁极头为两个，对称设置在所述铁轭的两侧内壁上，所述磁极头的锤头形状的锤柄与所述铁轭的内壁连接，且所述磁极头的锤头形状的所述锤柄上缠绕有励磁线圈，每个所述磁极头与其连接的所述铁轭的内壁形成H型磁铁。

3.根据权利要求2所述的宽能大束斑电子加速器，其特征在于，两个所述磁极头之间的具有磁极间隙，两个所述磁极头靠近的端面为弧面，所述进束流管道和所述出束流管道设置在所述铁轭未设置所述磁极头的其中一个侧壁上，沿设置所述进束流管道的所述铁轭的侧壁至所述铁轭未设置所述磁极头的另一个侧壁的方向，所述磁极间隙逐渐减小。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的宽能大束斑电子加速器，其特征在于，所述直线加速器包括电子枪，所述电子枪用于发射不同流强的电子束。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的宽能大束斑电子加速器，其特征在于，所述薄碳靶的厚度可在0.5～2mm的范围内调整，所述薄碳靶可在初始位置和调整位置之间运动，当所述薄碳靶运动至所述初始位置时，所述薄碳靶运动到偏离束流中心线位置，不对电子束能量调整；当所述薄碳靶运动至所述调整位置时，将所述薄碳靶运动到所述束流中心线位置，以降低电子束能量。

6.根据权利要求1所述的宽能大束斑电子加速器，其特征在于，通过调整所述α磁铁的励磁磁场输出准单能的电子束，每个励磁磁场值对应一个准单能电子束能量；所述α磁铁使得偏转前后的束斑分布类型保持一致，不产生子相空间的相图畸变。

7.根据权利要求1所述的宽能大束斑电子加速器，其特征在于，所述磁铁组合包括依次设置的导向磁铁、3个四极磁铁、扫描磁铁和在后两个所述四极磁铁之间设置的一个六极磁铁，所述四极磁铁用于束流包络的控制，所述六极磁铁用于束流均匀化操作，在所述六极磁铁处X方向的所述束流包络小于10mm，Y方向的所述束流包络小于150mm，三个所述四极磁铁中，靠近所述扫描磁铁的所述四极磁铁用于所述束流在Y方向的扩束，所述扫描磁铁用于所述束流在X方向的扫描扩束。

8.根据权利要求1所述的宽能大束斑电子加速器，其特征在于，所述水平光路和所述垂直光路的长度均不超过2米。