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1、第15卷 第3期强激光与粒子束Vol.15,No.32003年3月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMar.,2003文章编号:100124322(2003)0320279204X强流短脉冲电子束束剖面测量技术陈思富, 夏连胜, 章林文, 丁伯南(中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳,621900) 摘 要:束流剖面信息的获得对于加速器的研究有着重要的意义。对强流短脉冲电子加速器束剖面测量技术作了评述。目前,发展时间分辨的快响应的光学测量技术及实时在线测量为主要发展趋势。 关键词:强流短脉冲电子
2、束; 束剖面; 直线感应加速器; 注入器 中图分类号:O463.1文献标识码:A 目前,强流短脉冲电子束(典型的电流脉冲为kA量级,脉冲时间为ns量级)大多由直线感应加速器LIA(linearinductionaccelerator)产生。由于LIA的用途很广泛,例如可用于粒子束聚变、射束武器、X光照相、自由电子激光和辐照效应等研究领域,因此很多国家都建造了直线感应加速器:美国LLNL实验室先后建成FXR、ETA、ETA2Ⅱ、ATA几种电子直线感应加速器;LANL建成DARHT电子直线感应加速器;法国建成LELIA[1]和AI
3、RIX;俄罗斯建成LIA230;中国工程物理研究院于1993年建成10MeV电子直线感应加速器。 在加速器的研究中,电子束的束剖面信息的获得,对于加速器的调试、加速器工作特性的评价以及对于加速器的进一步改进,都起着极为重要的作用。因此,国际上都大力发展束剖面测量技术。本文对当前的强流短脉冲电子束束剖面测量技术作了简要的评述。1 束剖面测量技术和测量原理 表1列出了几种强流短脉冲加速器(或注入器)的主要参数及其束流剖面测量技术。表1 强流短脉冲加速器(或注入器)及其束剖面诊断Table1Someaccelerators(orin
4、jectors)ofhigh2current,short2pulseandtheirdiagnosticmethodsofbeamprofileacceleratorcountryparametersofbeamparametersofinjectordiagnosticmethodreferenceRADLAC2ⅡU.S.A/4MV/40kAradiochronicfoil,BR[2]ETAU.S.A4.5MV/10kA/40ns/Faradaycup,BR,[3]//CR,OTR,gasopticalemissionATAU.
5、S.A50MV/10kA/50ns/CR[4]//OTR,gasopticalemission[5]//BR[6]FXRU.S.A20MV/4kA/60ns1.5MV/4kAOTR[7]RK2TBAU.S.A/1.0MV/1.2kACR[8]SuperIBEXU.S.A5MV/100kA/40ns/Faradaycuparray,CR[9]AIRIXFrance20MV/3.5kA/60ns4MV/3.5kA/60nsOTR,CR[10]LIA230Russian40MV/100kA/20ns4MV/200kA/35nsBR[11
6、]12MeVLIAChina12MV/2.5kA/80ns1MV/3kA/60nsmulti2wiremethod[12]2MeVLIAChina/2MV/2.7kA/90nsCR[13]3BR:BremsstrahlungRadiation;CR:CerenkovRadiation;OTR:OpticalTransitionRadiation.1.1 直接轰击法 电子束直接轰击各种感光材料可以得到时间积分的束剖面图(束斑)。当束流较弱时,可用X光底片或高速普拉胶片(polaroid),对较强的束,可以用照相纸,由像的黑密度分布
7、得到束斑内的强度分布。 电子束直接轰击金属,在金属上面产生烧蚀的痕迹,可定性看出束斑大小。在电流密度很大时,尤其是在电子束经过聚焦后为mm量级时,大多采用该方法测量焦斑尺寸。对低能电子束还可以用酸敏变色片和纤维玻璃布板,在电子束轰击后变色,可定性看出束斑大小,但很难得到强度分布。X收稿日期:2001209220;修订日期:2002210216基金项目:国防科技基础研究项目资助课题作者简介:陈思富(19712),男,博士后,从事加速器物理及束流诊断技术研究;绵阳9192106信箱。©1995-2005TsinghuaTongfan
8、gOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.280强激光与粒子束第15卷1.2 法拉第筒阵列 法拉第筒是一种电荷收集器。当被测的电子束入射到法拉第筒的电荷收集体中,与收集体物质发生电离相互作用而被阻止时,产生激励电
