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《几种诊断高能注量电子束参数的方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第15卷 第5期强激光与粒子束Vol.15,No.52003年5月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay,2003文章编号:100124322(2003)0520489205X几种诊断高能注量电子束参数的方法邱爱慈, 张永民, 黄建军, 郑建伟, 彭建昌, 汤俊萍, 杨海亮, 丁 升(西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘 要:简要分析了反映高能注量电子束品质的主要参数在诊断上的技术困难,重点介绍了高能注量电子束参数诊断的三种参数的测量方法,包括内过滤法对电子束瞬态有效入射角的测量、法拉第筒阵列对时间分辨的电子束流密度的测量和石
2、墨量热计对电子束总能量的测量并校正。在闪光二号加速器二极管间隙电压为1.08MV和电流为484kA条件下,距阴极20.5cm处直接测量的总束能19.1kJ,经校正后为22kJ。测量还给出了不同时刻束截面上的径向和角向束流密度分布,而束斑中心处的能注量高于平均值约13%。在磁透镜比为3.5的条件下,电压峰值(1.2MV)时刻测得的电子平均入射角73°。实验和计算都表明,影响平均入射角的因素主要是电子能量、磁透镜比及靶位。 关键词:高能注量电子束测量;电子束入射角;量热计;束流密度 中图分类号:TL99文献标识码:A 电子束能注量是模拟X射线热2力学效应的重要参
3、数,当它超过一定值后,所产生的对探测器材料的破坏2作用将给探测器测量结果带来较大的误差,如电子束能注量大于630J/cm时,常用的石墨测量材料表面会出[1～2]现汽化、力学破坏及热辐射等问题,由此引起的质量损耗将给石墨量热计测量总束能带来不可忽略的误差。“闪光二号”加速器电子束的高能注量是在初级储能不变的条件下通过压缩电子束斑面积获得的,因此电子束从阳极进入漂移管到达磁压缩区的入射角将明显增大,这对电子束在磁透镜场中的传输、二极管的工作状态及总束能测量有很大的影响。电子束的均匀性是模拟实验要求的主要参数,但是高能注量电子束由于束流密度增大,自磁场亦增大,均匀性将变
4、差,因此精确给出高能注量电子束的不均匀性对模拟X射线热2力学效应研究将有重要意义。 基于上述高能注量电子束的特性,要求我们研究新的诊断方法,通过几种束参数测量方法的结合和相互校验,以给出物理实验所要求的比较精确的束流参数。1 诊断方法 对高能注量电子束诊断的主要参数包括:电子束总束能,电子束瞬态有效入射角,时间分辨的电子束流截面密度分布。根据高能注量电子束的特性,在低能注量下的测量方法和探测器已不宜采用。为避免电子束对探测器材料的损坏引起的测量误差,我们采用将法拉第筒的吸收体作为电荷吸收器,由套在吸收体外面的罗可夫斯基线圈测量电子束流。在总束能的测量中采用全吸
5、收石墨量热计,并对测量结果进行质量飞溅和背散射校正。在电子束有效入射角的测量中,采用内过滤法测量电子束传输系数,并将数值计算结果与实测传输系数相比较求得有效入射角。采用法拉第筒阵列测量电子束时间分辨的截面密度分布,并结合二极管电压波形可求得电子束在靶上的能注量分布及总束能。1.1 高能注量电子束总束能测量的校正方法 对电子束总能量测量,一般采用全吸收石墨量热计。根据量热计测量原理,需要精确测出吸收体的质量,才能给出正确的束能。然而,由于石墨吸收体受高能注量电子束辐照后会产生严重的质量飞溅,从而会引起不可忽略的测量误差;同时由于高能注量电子束的入射角增大,电子束能
6、因背散射而没有沉积到吸收体内的份额也会增大,从而也会引起测量误差。因此只有对这两项损失进行校正,才能正确地给出电子束的总束能。 电子束入射到材料后与其发生一系列复杂的相互作用,对于低能电子束主要考虑电子与原子、电子的非弹性碰撞和电子与原子核的非弹性碰撞,电子束主要通过这两种相互作用在材料中沉积能量。当电子以一定角度入射到材料表面时,部分电子在材料中入射一定深度后又可能从材料自由面反射出去,结果只有部分能量沉X收稿日期:2002208229;修订日期:2002212224基金项目:国防科技基础研究基金资助课题(96J11.7.1)作者简介:邱爱慈(19412),女
7、,中国工程院院士,现主要从事脉冲功率技术方面的研究工作;西安市69信箱1分箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.490 强激光与粒子束 第15卷积在材料中,而且背散射的份额随着电子入射角的增大而增大。根据实测的二极管电流和电压波形,并利用内过滤法测得的电子束流随时间变化的入射角,采用M2C方法计算了电子束在石墨中的能量沉积和背散射。计算时,采用在一适当小的空间区域连续“慢化”近似下的浓缩历史统计碰撞与单次大碰撞相结合的方法
8、跟踪电[3
