一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，包括準(zhǔn)直孔陣列、圓筒形磁體裝置和正負(fù)電子記錄介質(zhì)，其中：準(zhǔn)直孔陣列用于向圓筒形磁體裝置中通入正負(fù)電子；圓筒形磁體裝置包括外殼和內(nèi)殼，以及固定在外殼與內(nèi)殼之間、并且呈放射狀分布的永磁鐵；所有的永磁鐵所包圍的空間形成一個(gè)正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)回路；正負(fù)電子記錄介質(zhì)用于記錄正負(fù)電子在成像平面的強(qiáng)度分布，得到正負(fù)電子的角分布及其能譜信息。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)巧妙，其很好地解決了現(xiàn)有磁譜儀測(cè)量精度低、調(diào)整測(cè)量范圍耗時(shí)長(zhǎng)的技術(shù)缺陷，大幅提高了對(duì)正負(fù)電子角分布能譜的診斷精度，因此，本實(shí)用新型適于推廣應(yīng)用。
【專利說明】
一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及粒子探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及的是一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]美國物理學(xué)家安德森在1932年利用威爾遜云室發(fā)現(xiàn)了正電子的存在。正電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一種反物質(zhì)。銀河系每秒鐘產(chǎn)生的正電子個(gè)數(shù)約為1.5*1043，相當(dāng)于巢湖水中的電子總數(shù)。因此，正電子在實(shí)驗(yàn)室天體物理與高能物理的研究占有重要作用。此外，基于正負(fù)電子煙滅產(chǎn)生高能伽瑪射線這一物理現(xiàn)象，也被廣泛應(yīng)用于物質(zhì)缺陷的無損探測(cè)以及正電子發(fā)射斷層掃描(PET)等技術(shù)。
[0003]利用超短超強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生正電子。超短超強(qiáng)激光與高Z固體靶的相互作用將產(chǎn)生大量超熱電子;這些電子在固體內(nèi)受到來自原子的庫侖力，運(yùn)動(dòng)方向和速度發(fā)生改變產(chǎn)生軔制輻射；當(dāng)軔制輻射產(chǎn)生的伽馬射線從原子核旁通過時(shí)，在原子核的庫侖場(chǎng)作用下，伽馬射線轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)電子。由于電子與產(chǎn)生的正電子在固體內(nèi)部會(huì)經(jīng)過多次庫倫散射，最終導(dǎo)致透射出高Z固體靶后表面的電子和正電子發(fā)散角很大，大約20°?40°量級(jí)。這些正電子能量在5?50MeV量級(jí)，產(chǎn)額18?101()。從靶背透射出的正負(fù)電子具有如此大的發(fā)散角和能散導(dǎo)致對(duì)正負(fù)電子角分布以及在這些方位角中能譜診斷的困難。
[0004]目前國際上對(duì)正負(fù)電子電子角分布及其能譜的診斷是采用3臺(tái)正負(fù)電子磁譜儀，分別在3個(gè)方位同時(shí)測(cè)定正負(fù)電子的數(shù)目以及能譜，然后再通過數(shù)據(jù)擬合得到正負(fù)電子的角分布特性及不同方位角中的能譜特性。這中測(cè)量方法有以下兩大不足之處:
[0005](I)只測(cè)定3個(gè)方向的正負(fù)電子數(shù)據(jù)擬合出角分布曲線，此曲線的相對(duì)誤差非常大，難以估計(jì)其精度；
[0006](2)正負(fù)電子磁譜儀橫向尺寸一般為100?150mm，同時(shí)測(cè)定3個(gè)方向的角分布和能譜數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)磁譜儀所占的橫向發(fā)散角為:
[0007]所占發(fā)散角=2*arctan((橫向尺寸/2)/磁譜儀到靶距離)
[0008]當(dāng)限定每個(gè)磁譜儀所占發(fā)散角為15°量級(jí)時(shí)，磁譜儀到靶距離必須大于400mm。距離越遠(yuǎn)進(jìn)入磁譜儀中粒子數(shù)越少，測(cè)量精度越低。
[0009]因此，得到更多方位的角分布與能譜數(shù)據(jù)，以及盡可能地使磁譜儀接近固體靶，使更多的正電子進(jìn)入磁譜儀，將可以大幅提高對(duì)正負(fù)電子角分布能譜的診斷精度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其可以大幅提高對(duì)正負(fù)電子角分布能譜的診斷精度。
[0011 ]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型解決問題的技術(shù)方案如下:
[0012]—種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，包括準(zhǔn)直孔陣列、圓筒形磁體裝置和正負(fù)電子記錄介質(zhì)，其中:
[0013]準(zhǔn)直孔陣列，用于向圓筒形磁體裝置中通入正負(fù)電子；
[0014]圓筒形磁體裝置，包括外殼和內(nèi)殼，以及固定在外殼與內(nèi)殼之間、并且呈放射狀分布的永磁鐵;所有的永磁鐵所包圍的空間形成一個(gè)正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)回路；
[0015]正負(fù)電子記錄介質(zhì)，用于記錄正負(fù)電子在成像平面的強(qiáng)度分布，得到正負(fù)電子的角分布及其能譜信息。
[0016]具體地說，所述準(zhǔn)直孔陣列由九個(gè)豎直排列的準(zhǔn)直孔組成。
[0017]進(jìn)一步地，所述永磁鐵的數(shù)量為十二瓣，且所有磁鐵各自的磁極化方向依次為90°、150°、210。、270。、330。、30。、90°、150°、210。、270。、330。、30。。
[0018]作為優(yōu)選，所述永磁鐵為釹鐵硼磁鐵。
[0019]再進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直孔陣列緊貼于圓筒形磁體裝置的一側(cè)。
[0020]更進(jìn)一步地，所述正負(fù)電子記錄介質(zhì)與圓筒形磁體裝置的軸線呈銳角關(guān)系，且該正負(fù)電子記錄介質(zhì)的近邊與圓筒形磁體裝置的平面距離為30?40mm。
[0021]作為優(yōu)選，所述正負(fù)電子記錄介質(zhì)為熒光屏。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0023](I)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)巧妙、使用方便。
[0024](2)本實(shí)用新型通過設(shè)計(jì)圓筒形磁體裝置，在結(jié)合準(zhǔn)直孔陣列和正負(fù)電子記錄介質(zhì)后，可以有效獲得某一特定發(fā)散角范圍內(nèi)的正負(fù)電子，并使正負(fù)電子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)后獲得正負(fù)電子在成像平面的強(qiáng)度分布，從而得出不同方向的能譜信息。本實(shí)用新型不僅測(cè)量方向多(準(zhǔn)直孔陣列)，而且測(cè)量精度更高(本實(shí)用新型距離靶點(diǎn)距離120?150mm，通過每個(gè)準(zhǔn)直孔的正負(fù)電子數(shù)量為現(xiàn)有技術(shù)的(400/120)2?11倍)。
[0025](3)現(xiàn)有技術(shù)如果要調(diào)整測(cè)量范圍，需要移動(dòng)三臺(tái)磁譜儀，工作量大，而本實(shí)用新型可以任意調(diào)整發(fā)散角的接收范圍從-22.5° +Θ至22.5° +θ，Θ為任意角度，僅需移動(dòng)一臺(tái)磁譜儀，節(jié)約了大量的瞄準(zhǔn)時(shí)間。
[0026](4)本實(shí)用新型在圓筒形磁體裝置中的外殼與內(nèi)殼之間設(shè)置了十二瓣永磁鐵，并以放射狀的形式進(jìn)行分布，然后各瓣永磁鐵的磁極化方向分別為90°、150°、210°、270°、330。、30。、90°、150°、210。、270。、330。、30。，如此設(shè)置，既可以使各瓣永磁鐵之間產(chǎn)生作用力，形成一個(gè)可以有效使正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)區(qū)域，又可以在外殼與內(nèi)殼的固定下避免永磁鐵由于引力或斥力而發(fā)生錯(cuò)位。
[0027](5)本實(shí)用新型采用釹鐵硼磁鐵作為產(chǎn)生磁場(chǎng)的介質(zhì)，其具有優(yōu)良的機(jī)械特性，并且是目前具有最強(qiáng)磁力的永久磁鐵，因此，非常適合用在本實(shí)用新型技術(shù)中。
[0028](6)本實(shí)用新型性價(jià)比高、適用范圍廣，其不僅限于對(duì)正負(fù)電子的角分布及其能譜測(cè)量，對(duì)具有大發(fā)散角的質(zhì)子同樣適用。
【附圖說明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為本實(shí)用新型-實(shí)施例中每瓣磁鐵的磁化方向與錐筒內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向示意圖。
[0031]其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱為:
[0032]1-準(zhǔn)直孔陣列，2-外殼，3-永磁鐵，4-內(nèi)殼，5-正負(fù)電子記錄介質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合【附圖說明】和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，本實(shí)用新型的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。
[0034]實(shí)施例
[0035]如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種磁譜儀，其包括準(zhǔn)直孔陣列1、圓筒形磁體裝置和正負(fù)電子記錄介質(zhì)5。所述的準(zhǔn)直孔陣列I用于通入從靶點(diǎn)產(chǎn)生的正負(fù)電子，本實(shí)施例中，準(zhǔn)直孔陣列I由九個(gè)豎直排列的準(zhǔn)直孔組成，并且緊貼于圓筒形磁體裝置的一側(cè)(入口)，九個(gè)準(zhǔn)直孔中心坐標(biāo)分別為:0mm、±10.5mm、±21.2mm、±32.2mm、±43.7mm,所對(duì)應(yīng)的發(fā)散角分別為O、土 5.625。、土 11.25°、± 16.875。、土 22.5°，各準(zhǔn)直孔直徑為4mm。正負(fù)電子經(jīng)過準(zhǔn)直孔陣列I后只有特定幾個(gè)方向的正負(fù)電子進(jìn)入圓筒形磁體裝置。
[0036]所述的圓筒形磁體裝置用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，并使進(jìn)入的正負(fù)電子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，具體地說，該圓筒形磁體裝置包括外殼2和內(nèi)殼3，以及固定在外殼2與內(nèi)殼3之間、并且呈放射狀分布的永磁鐵4。各瓣永磁鐵之間會(huì)產(chǎn)生相互的作用力，因此，外殼2與內(nèi)殼3的設(shè)置還可用于防止各永磁鐵之間因?yàn)橐虺饬Χ鴮?dǎo)致錯(cuò)位。如圖2所示，本實(shí)施例中，外殼2與內(nèi)殼3均由鋁合金材料制成，而永磁鐵為釹鐵硼磁鐵，其剩磁約為1.37T，并且數(shù)量為十二瓣，所有的永磁鐵的磁極化方向依次為90°、150°、210。、270。、330。、30。、90°、150°、210。、270°、330°、30°，所有的永磁鐵所包圍的空間形成一個(gè)可使正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)回路。
[0037]所述的正負(fù)電子記錄介質(zhì)5用于記錄正負(fù)電子在成像平面的強(qiáng)度分布，通過這些強(qiáng)度信號(hào)可以得到正負(fù)電子的角分布及其能譜信息。本實(shí)施例中，正負(fù)電子記錄介質(zhì)5為IP或者熒光屏，IP數(shù)據(jù)的讀取需要在IP讀數(shù)儀上進(jìn)行，為離線式測(cè)量，測(cè)量精度更高；熒光屏為在線測(cè)量，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量精度低于IP。在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)需求選擇記錄介質(zhì)材料。
[0038]此外，為保證能譜有足夠的能量分辨率，正負(fù)電子記錄介質(zhì)5與圓筒形磁體裝置的軸線呈銳角關(guān)系，且該正負(fù)電子記錄介質(zhì)5的近邊與圓筒形磁體裝置的平面距離為30?40mm ο
[0039]下面以一個(gè)實(shí)驗(yàn)案例對(duì)本實(shí)用新型的使用過程進(jìn)行說明。
[0040]由超強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)固體靶產(chǎn)生正電子的實(shí)驗(yàn)中，將準(zhǔn)直孔陣列I置于固體靶后方120mm處，圓筒形磁體裝置緊貼準(zhǔn)直孔陣列I，正負(fù)電子記錄介質(zhì)5的平面與圓筒形磁體裝置的軸線呈45°關(guān)系，且正負(fù)電子記錄介質(zhì)5的近邊與圓筒形磁體裝置出口平面距離為35mm，根據(jù)正負(fù)電子能量的不同，正負(fù)電子記錄介質(zhì)5的方位可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
[0041]正負(fù)電子在進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域前首先通過準(zhǔn)直孔陣列I，通過后再進(jìn)入到圓筒形磁體裝置中。正負(fù)電子在圓筒形磁體裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后由正負(fù)電子記錄介質(zhì)5記錄正負(fù)電子在成像平面的強(qiáng)度分布，最后得出正負(fù)電子的角分布及其能譜信息。
[0042]本實(shí)用新型通過設(shè)計(jì)一種全新的正負(fù)電子磁譜儀，很好地解決了現(xiàn)有磁譜儀測(cè)量精度低、調(diào)整測(cè)量范圍耗時(shí)長(zhǎng)的技術(shù)缺陷，為有效采集到正負(fù)電子在成像平面的強(qiáng)度分布信號(hào)、得到正負(fù)電子的角分布及其能譜信息提供了保障。可以說，本實(shí)用新型雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不復(fù)雜，但是其巧妙地突破了現(xiàn)有技術(shù)的束縛，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，從而將磁譜儀的設(shè)計(jì)提升到了一個(gè)新的高度。因此，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)和進(jìn)步。
[0043]上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無實(shí)質(zhì)意義的改動(dòng)或潤(rùn)色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本實(shí)用新型一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其特征在于，包括準(zhǔn)直孔陣列(I)、圓筒形磁體裝置和正負(fù)電子記錄介質(zhì)(5 )，其中: 準(zhǔn)直孔陣列，用于向圓筒形磁體裝置中通入正負(fù)電子； 圓筒形磁體裝置，包括外殼(2)和內(nèi)殼(3)，以及固定在外殼(2)與內(nèi)殼(3)之間、并且呈放射狀分布的永磁鐵(4);所有的永磁鐵所包圍的空間形成一個(gè)正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)回路； 正負(fù)電子記錄介質(zhì)，用于記錄正負(fù)電子在成像平面的強(qiáng)度分布，得到正負(fù)電子的角分布及其能譜信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其特征在于，所述準(zhǔn)直孔陣列(I)由九個(gè)豎直排列的準(zhǔn)直孔組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其特征在于，所述永磁鐵的數(shù)量為十二瓣，且所有磁鐵各自的磁極化方向依次為90°、150°、210°、270°、330。、30。、90°、150°、210。、270。、330。、30。。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其特征在于，所述永磁鐵(4)為欽鐵棚磁鐵。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其特征在于，所述準(zhǔn)直孔陣列(I)緊貼于圓筒形磁體裝置的一側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其特征在于，所述正負(fù)電子記錄介質(zhì)(5)與圓筒形磁體裝置的軸線呈銳角關(guān)系，且該正負(fù)電子記錄介質(zhì)(5)的近邊與圓筒形磁體裝置的平面距離為30?40mm。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有角分辨能力的正負(fù)電子磁譜儀，其特征在于，所述正負(fù)電子記錄介質(zhì)(5)為熒光屏。
【文檔編號(hào)】G01T1/29GK205562821SQ201620042265
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年1月15日
【發(fā)明人】吳玉遲, 韓丹, 陳佳, 于明海, 張?zhí)炜? 王少義, 董克攻, 朱斌, 譚放, 閆永宏, 谷渝秋
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心