基于錐筒形磁鐵的質(zhì)子磁譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體物理和核探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及的是一種基于錐筒形磁鐵的質(zhì)子磁譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，與磁場(chǎng)垂直的方向上如果有速度分量，則將受到洛倫茲力，使得帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變。而當(dāng)磁場(chǎng)垂直于運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，帶電粒子將做圓周運(yùn)動(dòng)，并且能量越低的粒子運(yùn)動(dòng)的圓周半徑越大，如此一來(lái)，通過(guò)分析圓周的半徑大小即可得到粒子能量大小。人們通常將產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置稱為磁譜儀。
[0003]根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論，每個(gè)永磁鐵所具有的靜磁場(chǎng)能是一定的，如果將這些能量束縛在更小的空間內(nèi)，將得到更強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。常見的磁譜儀利用軛鐵將磁場(chǎng)束縛在軛鐵和永磁鐵之間的氣隙中，由于軛鐵相對(duì)磁導(dǎo)率在103量級(jí)，永磁鐵和空氣相對(duì)磁導(dǎo)率在100量級(jí)，導(dǎo)致大部分磁場(chǎng)能量集中在軛鐵中，氣隙間的磁場(chǎng)強(qiáng)度常常只有永磁鐵剩磁的一半，甚至更低。要得到更強(qiáng)的磁場(chǎng)需要增加軛鐵厚度、減小氣隙，導(dǎo)致磁鐵體積增加，且有效的磁場(chǎng)空間會(huì)更小。
[0004]垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的半徑R=p/qB，即粒子的偏轉(zhuǎn)半徑由動(dòng)量和電荷量的比值決定。由于質(zhì)子的靜止質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的靜止質(zhì)量，因此質(zhì)子磁譜儀所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度要大于電子磁譜儀。磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，所需要的軛鐵就越厚，磁譜儀的體積和質(zhì)量也會(huì)成倍增加。一般用于測(cè)量l_5MeV的質(zhì)子所用的磁譜儀其磁場(chǎng)強(qiáng)度在0.6T左右，尺寸為140mm*80mm*60mm (長(zhǎng)*寬*高)，質(zhì)量5公斤左右。這種磁譜儀體積和質(zhì)量都比較大，在目苗準(zhǔn)時(shí)移動(dòng)不便，在特定條件下體積過(guò)大甚至?xí)蔀闊o(wú)法克服的缺點(diǎn)。
[0005]在激光慣性約束核聚變中，質(zhì)子能譜對(duì)分析聚變靶丸的內(nèi)爆過(guò)程有著重要作用。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的專用于激光慣性約束核聚變裝置的激光路數(shù)為8路(SGII)，48路(SGIII)，實(shí)驗(yàn)中，這些激光同時(shí)轟擊靶丸(間接驅(qū)動(dòng)激光轟擊高Z黑腔，將激光能量轉(zhuǎn)化為X光再饋入到靶丸中)，由此將激光能量均勻地饋入靶丸中。這類實(shí)驗(yàn)涉及范圍廣，實(shí)驗(yàn)難度大，診斷也有諸多困難。由于激光路數(shù)多，采用現(xiàn)有的磁譜儀，因其橫截面大(80mm*60mm)，磁譜儀至少距離靶丸100mm以上，否則會(huì)擋住激光光路，大大限制了靶丸到磁譜儀狹縫的立體角，導(dǎo)致進(jìn)入磁譜儀內(nèi)的質(zhì)子僅占總產(chǎn)額的萬(wàn)分之三左右，在低質(zhì)子產(chǎn)額的實(shí)驗(yàn)中難以采集到有效的質(zhì)子信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于錐筒形磁鐵的質(zhì)子磁譜儀，可以很好地解決質(zhì)子磁譜儀中磁場(chǎng)強(qiáng)度與體積之間的矛盾。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決問(wèn)題的技術(shù)方案如下:
基于錐筒形磁鐵的質(zhì)子磁譜儀，包括準(zhǔn)直狹縫、錐筒形磁體裝置和CR39介質(zhì)，其中: 準(zhǔn)直狹縫，用于通入質(zhì)子，并過(guò)濾掉水平發(fā)散角較大的質(zhì)子； 錐筒形磁體裝置，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)可使過(guò)濾后的質(zhì)子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)回路；
CR39介質(zhì)，用于記錄偏轉(zhuǎn)后的質(zhì)子信號(hào)，得到質(zhì)子的能譜信息。
[0008]進(jìn)一步地，所述錐筒形磁體裝置的質(zhì)子入口處的外徑為出口處的外徑為2/5，且錐筒形磁體裝置錐筒各處的內(nèi)外徑之比為1/2 ;同時(shí)，錐筒形磁體裝置的中心軸長(zhǎng)為60?100mmo
[0009]具體地說(shuō)，所述永磁鐵的數(shù)量為八瓣，且所有磁鐵各自的磁極化方向依次為90°、180。 、270。 、0。 、90。 、180。 、270。 、0。。
[0010]作為優(yōu)選，所述永磁鐵為釹鐵硼磁鐵。
[0011]再進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直狹縫緊貼于錐筒形磁體裝置的一側(cè)。如此可保證進(jìn)入錐筒形磁體裝置內(nèi)的質(zhì)子的水平發(fā)散角小于lOmrad，且水平坐標(biāo)與磁鐵水平中心偏差在
0.25mm 以內(nèi)。
[0012]更進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直狹縫的狹縫寬度為0.5mm，長(zhǎng)度為16?18mm。
[0013]作為優(yōu)選，所述CR39介質(zhì)與錐筒形磁體裝置的距離為80?120mm。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)巧妙、使用方便。
[0015](2)本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)錐筒形磁體裝置，在結(jié)合準(zhǔn)直狹縫和CR39介質(zhì)后，可以有效過(guò)濾水平發(fā)散角較大的質(zhì)子，并使質(zhì)子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)后獲得質(zhì)子的信號(hào)，從而反推出質(zhì)子能譜信息。本發(fā)明不僅體積小巧(僅為普通質(zhì)子磁譜儀體積的1/2，且不需要高密度的軛鐵)、質(zhì)量更輕(僅為普通磁譜儀的40%左右，便于安裝和移動(dòng))，而且在激光聚變實(shí)驗(yàn)中可以離靶更近的同時(shí)不妨礙激光的傳輸。根據(jù)計(jì)算，本發(fā)明的磁譜儀接收質(zhì)子的效率約為現(xiàn)有磁譜儀的10倍。
[0016](3)本發(fā)明錐筒形磁體裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度更強(qiáng)，可達(dá)到0.85T，大于普通磁譜儀的0.6?0.7T。
[0017](4)本發(fā)明在錐筒形磁體裝置中的外殼與內(nèi)殼之間設(shè)置了八瓣永磁鐵，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°、180°、270°、0°、90°、180°、270°、0°，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)可以有效使質(zhì)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。
[0018](5)本發(fā)明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，非常適合用在本發(fā)明技術(shù)中。
[0019](6)本發(fā)明性價(jià)比高、適用范圍廣，其不僅限于對(duì)質(zhì)子能譜的測(cè)量，而是改變磁鐵尺寸后，可以適用于各類帶電粒子的能譜測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明-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。
[0022]其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱為: 1-準(zhǔn)直狹縫，2-外殼，3-永磁鐵，4-內(nèi)殼，5-CR39介質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)