一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头和装置

1.本发明涉及一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头和装置，属于加速器束流诊断技术领域。


背景技术：

2.束流诊断系统是质子及重离子加速器上非常重要的子系统之一，束流诊断内容包含了对束流能量、流强、发射度等各项参数的测量及监控，保障了束流在加速器前后各段的参数匹配和稳定运行。其中，束流剖面又是影响束流品质的关键参数之一，例如在直线加速器中能传输段(mebt)上，物理人员需要严格控制剖面尺寸，以减少下游加速段的束流损失；在环形同步加速器上，剖面测量可以延伸至发射度、色散及色品等参数诊断，还可为注入匹配、横向冷却和亮度升级等研究提供助力。
3.通过国内外文献调研，并结合束流诊断工程经验，在质子及重离子加速器上按是否阻挡束流的测量方式，常用的剖面测量手段可分为：
4.(1)拦截式测量如荧光靶(vs)，单丝扫描器(ws)，多丝及竖琴(grid&harp)等。其中vs探测器的原理是让束流直接轰击陶瓷等靶片，利用产生的荧光信号来获得剖面信息，其优点是进行二维直观测量，缺点是在强流束条件下，靶片极易因温升或应力而毁坏。单丝和多丝等探针则让束流轰击金属丝，利用产生的次级电子信号来测量剖面，优点是相对vs来说其温升较小，但由于丝太细(直径通常30-100μm)及机械强度较差，容易断裂导致频繁破真空进行维护更换。
5.(2)非拦截式测量如残余气体电离剖面探针(ipm)，束流诱导荧光剖面探针(bif)等。这类探针是基于束流与残余气体之间电离或激发的物理机制，其优点是非拦截式测量可用于强流束条件，缺点是间接测量存在一定误差，需要与拦截式探针进行刻度和标定，且信号灵敏度相对较低，如bif探针通常要局部充气以增强信号。
6.在涉及未来强流加速器的低及中能段区域，尤其是在超导直线加速器的中能传输段(mebt)，会较频繁地进行横向剖面及发射度测量，利用测得的剖面尺寸来优化光学设置，使得mebt与下游加速段之间进行良好的横向匹配，从而令超导段的束流损失降低到可接受的阈值及以下(通常要求1w/m及以下)。
7.针对以上需求，非拦截式ipm或bif探针的相对测量误差较大，需刻度标定且信号较弱；拦截式荧光靶则无法应对强流束条件，极易发生靶片应力碎裂或高温熔毁，且存在发光衰减及光晕等问题；拦截式单丝或多丝的温升问题稍好于荧光靶，但因分辨率要求其丝直径通常较小(100μm及以下)，机械强度较低导致稳定性差。


技术实现要素：

8.针对问题，本发明目的是提供一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头和装置，以满足强流加速器在中低能区域频繁和准确的剖面测量需求。
9.为实现目的，本发明提出了以下技术方案：一种适用于低能强流束的扫描式剖面
测量靶头，包括：狭缝部、偏压部、收集部和固定支架；所述狭缝部，其中间设置狭缝的复合板，用于对束流进行阻挡，仅允许所述狭缝内的束流通过；所述偏压部，其中间设置与所述狭缝对应的切口，用于通过高压抑制二次电子；所述收集部，为v型倒锥体，其开口朝向所述偏压部，用于对通过所述狭缝的电子进行收集；所述固定支架，用于依束流传播方向依次固定所述狭缝部、偏压部和收集部。
10.进一步，所述狭缝部包括两层金属板，第一层金属板的中央位置采用线切割工艺加工出一道狭缝，第二层金属板内设置凹陷的冷却水路，采用高温爆炸焊将第一金属板和第二金属板焊接为一个整体。
11.进一步，所述第一层金属板为钽层，所述第二层金属板为铜层，所述钽层的狭缝的内切截面为直角，所述铜层的狭缝的内切截面为斜角；所述偏压部的切口截面为斜角，所述切口截面的斜角不小于铜层狭缝的内切截面的斜角。
12.进一步，所述v型倒锥体的内表面上设置若干锯齿，以增加锥体内二次电子的折返几率。
13.进一步，所述v型倒锥体的开口在垂直于狭缝方向的宽度不小于偏压部的切口宽度；所述v型倒锥体的开口在平行于狭缝方向的宽度不小于偏压部的切口长度；锥底角不小于偏压部切口截面的倾斜角。
14.本发明还公开了一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置，包括：测量靶头、运动模块和数据处理模块；所述测量靶头采用如任一项所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头；所述运动模块，用于带动所述测量靶头进行逐行扫描；所述数据处理模块，用于对所述测量靶头采集的数据进行分析处理。
15.进一步，所述运动模块包括壳体、伺服电机、联轴器、丝杠、传动杆、第一密封法兰、第二密封法兰、限位开关、光电开关和钢板尺；所述壳体，用于固定所述伺服电机，所述伺服电机依次连接所述联轴器、丝杠与传动杆，并带动所述传动杆往复运动，所述传动杆的端部连接所述第一密封法兰，所述第一密封法兰与所述测量靶头固定连接；所述第二密封法兰设置在所述丝杠与传动杆连接处，用于将丝杠和传动杆固定连接在所述壳体上；所述限位开关和光电开关，用于通过限制传动杆的位置，控制所述测量靶头的位置；所述钢板尺，与所述伺服电机上的绝对位置编码器结合，用于准确计算所述传动杆的位移。
16.进一步，所述运动模块还包括冷却水管、水管接头、波纹管和连接管，所述冷却水管包括两条管路，所述两条管路分别通过水管接头与所述波纹管的一端连接，所述传动杆为中空结构，其内设置两条所述连接管，两条所述连接管的一端连接所述波纹管的另一端，两条所述连接管的另一端通过所述第一密封法兰上的通孔分别与所述第二层金属板中冷却水路的输入端和输出端连接，形成冷却回路。
17.进一步，所述测量靶头为两个，两个所述测量靶头的狭缝均与所述运动模块的运动方向成45度，当所述运动模块驱动所述测试靶头直线运动时，单次扫描就能够进行水平与垂直两个方向的剖面测量。
18.进一步，所述数据处理模块包括i-v阻抗放大器、模拟-数字采集卡adc、可编程逻辑处理器fpga和嵌入式arm及epics；所述测量靶头采集的数据通过所述i-v阻抗放大器进行放大，经过放大的数据进入所述模拟-数字采集卡adc转换为数字信号，所述可编程逻辑处理器fpga对所述数字信号进行处理，所述嵌入式arm及epics，用于存储所述数字信号及
其处理结果。
19.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
20.1、本发明中测量靶头可大幅增加流强测量的准确性，强效抑制低能电子逃逸，并提升探测器可承受的功率极限，可达20kw脉冲束，可满足强流加速器低能段的剖面测量应用。
21.2、本发明中运动模块采用带绝对位置编码器的伺服电机整体具备非常高的位移精度，达到百微米量级，运动模块配置有限位开关和光电开关，对运动安全进行了多冗余考虑，确保即便在联轴器松脱的条件下，探针不会因真空与大气压差而掉落碰。
22.3、本发明中冷却回路在实现水冷通路的前提下，确保达到高真空1e-10mbar*l/s量级的漏率要求，以及通过0.8kg的水压测试。
23.4、数据处理模块具备流强测量的高灵敏度，其可识别的信号低至10na量级以及高动态范围特征，其动态范围可达1e6约6个数量级。
附图说明
24.图1是本发明一实施例中适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头的结构示意图，图1(a)是测量靶头的正视图，图1(b)是测量靶头的俯视图，图1(c)是测量靶头的内部结构图，图1(d)是测量靶头的仰视图；
25.图2是本发明一实施例中狭缝部的结构示意图，图2(a)是第一层金属板的结构示意图，图2(b)是第二层金属板的结构示意图；
26.图3是本发明一实施例中偏压部的结构示意图，图3(a)是偏压部正面的结构示意图，图3(b)是偏压部背面的结构示意图；
27.图4是本发明一实施例中收集部的结构示意图，图4(a)是收集部正面的结构示意图，图4(b)是收集部背面的结构示意图；
28.图5是本发明一实施例中适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置的结构示意图；
29.图6是本发明一实施例中运动模块的结构示意图；
30.图7是本发明一实施例中数据处理模块的结构示意图；
31.图8是本发明一实施例中偏压部的电场等势线图；
32.图9是通过ansys fluent模块进行温度仿真实验获得的束流时间随温度变化曲线图，图9(a)为本发明中装置获得的束流时间随温度变化曲线图；图9(b)为现有技术中装置获得的束流时间随温度变化曲线图；
33.图10为本发明一实施例水平剖面测量结果示意图；
34.图11为本发明一实施例双缝分别在水平与垂直两个方向测量的示意图。
35.附图标记：
36.1-测量靶头；11-狭缝部；111-狭缝；112-第一层金属板；113-第二层金属板；114-冷却水路；12-偏压部；121-切口；13-收集部；131-v型倒锥体；132-锯齿；14-固定支架；2-运动模块；21-壳体；22-伺服电机；23-联轴器；24-丝杠；25-传动杆；26-第一密封法兰；27-第二密封法兰；28-限位开关；29-光电开关；210-钢板尺；211-支撑半月板；212-吊装环；213-冷却水管；214-水管接头；215-波纹管；216-连接管；3-数据处理模块。
具体实施方式
37.为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.为了解决现有技术中存在的相对测量误差较大，需刻度标定且信号较弱，无法应对强流束条件，极易发生靶片应力碎裂或高温熔毁，且存在发光衰减及光晕，以及机械强度较低导致稳定性差等问题，本发明提出了一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头1和装置，其中测量靶头1包括狭缝部11、偏压部12、收集部13和固定支架14，其可大幅增加流强测量的准确性，强效抑制低能电子逃逸，并提升探测器可承受的功率极限(20kw脉冲束)，可满足强流加速器低能段的剖面测量应用。测量装置除了测量靶头1还包括运动模块2和数据处理模块3，其中，运动模块2采用带绝对位置编码器的伺服电机22以及相应机械装置组成，整体具备非常高的位移精度，达到百微米量级；数据处理模块3包括模拟-数字采集卡adc、可编程逻辑处理器fpga和嵌入式arm(acorn risc machine)及epics(experimental physics and industrial control system)三者高度集成，具备流强测量的高灵敏度，其可识别的信号低至10na量级以及高动态范围特征，其动态范围可达1e6约6个数量级。
39.实施例一
40.本实施例公开了一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头1，如图1所示，包括：狭缝部11、偏压部12、收集部13和固定支架14；
41.狭缝部11，其中间设置狭缝111的复合板，用于对束流进行阻挡，仅允许狭缝111内的束流通过；
42.偏压部12，其中间设置与狭缝111对应的切口121，用于通过高压抑制二次电子；
43.收集部13，为v型倒锥体131，其开口朝向偏压部12，用于对通过狭缝111的电子进行收集，并抑制束流轰击后的初次产物逃逸，v型倒锥体131在保障束流粒子全收集的前提下，倾斜的锥面可增加粒子的轰击面积，从而减少热沉积和温升；
44.固定支架14，用于依流束传播方向依次固定狭缝部11、偏压部12和收集部13。狭缝部11、偏压部12、收集部13之间采用打孔方式，并用陶瓷螺杆及垫筒进行压紧与固定。
45.如图2所示，狭缝部11包括两层金属板，第一层金属板112的中央位置在中央区域垂直于电机运动方向，采用线切割工艺加工出一道狭缝111，该狭缝111的缝宽影响着剖面测量的空间分辨率，故理论上缝宽值应当越小越好，即缝宽值越小，剖面测量的空间分辨率越高，但实际应用过程中收到线切割工艺所限，只能选择相对较小的值，本实施例中该狭缝111的缝宽优选为0.2mm，故本实施例中测量的极限分辨率也在0.2mm左右。本实施例中狭缝111的长度优选为50mm，不小于束流包络尺寸。第一层金属板113内设置凹陷的冷却水路114，第一层金属板113由两个铜半层组成，从各个铜半层掏出凹陷的冷却水路114，再将两个铜半层扣上进行焊接组装。采用高温爆炸焊将第一金属板和第二金属板焊接为一个整体。因为钽具有2980℃的高熔点，铜的导热率系数较高，故本实施例中第一层金属板112为钽层，第一层金属板113为铜层，但不以此二种材料为限，其它性能类似的金属材料也可以用于本实施例中方案。材料厚度根据束流能量和射程而定，本实施例拟应用于加速器mebt段数mev能量区域，故选择钽层的厚度为1.5mm，钽层的厚度不小于粒子射程，钽层的缝宽为
0.2mm，缝长度为50mm，铜层的厚度约为17.5mm，铜层的厚度由单层铜厚度、水路管路孔径、及加工工艺等因素决定。钽层的狭缝111的内切截面为直角，以保障完全阻挡住缝外的束流粒子通过，铜层的狭缝111的内切截面为斜角，故内切截面会往束流前进的方向扩大，以便在此处通过的束流不因其横向发射度造成的散束，而导致被铜层完全阻挡掉。该斜角需大于发射度散角，本实施例中斜角为10
°
。
46.如图3所示，本实施例中偏压部12为纯铜材料，但不以此为限，其它金属导电材料也可，相对而言纯铜材料导电系数较高，且其加工可塑性好。本实施例中切口121的尺寸优选为51
×
9.5mm2。其切口121截面为斜角，切口121截面的斜角不小于铜层狭缝111的内切截面的斜角，即其开口尺寸不小于狭缝111宽度，以及狭缝111铜层斜角的反向延伸宽度，且不大于v型倒锥体131的开口，以便形成更好的电场等势线分布，以及二次电子抑制效果。本实施例中切口121截面的斜角优选为11.3
°
。
47.如图4所示，本实施例中收集部13为纯铜材料，但不以此为限，其它金属导电材料也可，相对而言纯铜材料导电系数较高，且其加工可塑性好。v型倒锥体131的内表面上设置若干三角形锯齿132，v型倒锥体131锥峰的半角度为52.5
°
，锥底角的半角度为18.75
°
，不小于偏压部12的切口121截面的倾斜角，此结构设计便于增加锥体内二次电子的折返几率，全部收集透过狭缝111的束流粒子，且具备较高的耐热沉积性能，以及避免二次电子逃逸能力。v型倒锥体131的开口在垂直于狭缝111方向的宽度不小于偏压部12的切口121宽度；v型倒锥体131的开口在平行于狭缝111方向的宽度不小于偏压部12的切口121长度；锥底角不小于偏压部12的切口121截面的倾斜角。v型倒锥体131的开口的尺寸为52
×
20mm2。
48.实施例二
49.基于相同的发明构思，本实施例公开了一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置，如图5所示，包括：测量靶头1、运动模块2和数据处理模块3；
50.测量靶头1采用实施例一中的适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头1；
51.运动模块2，用于带动测量靶头1进行逐行扫描，以得到不同位置处束流切片的流强信息；
52.数据处理模块3，用于对测量靶头1采集的数据进行分析处理。
53.测量靶头1、运动模块2和数据处理模块3在横向进行逐行扫描式限束及收集粒子信号，最终还原得到束流剖面分布。
54.本实施例中工作原理及机制是：利用高熔点的狭缝部11进行束流限制，仅有通过狭缝111的低能粒子可运动到收集部13被阻挡捕获，然后偏压部12产生的电场会抑制次级产物逃逸，收集部13上的电流信号随后被数据处理模块3获取，通过运动模块2驱动将束流横向进行切片式扫描，最后将各扫描点流强拟合处理得到束流剖面分布。
55.如图6所示，运动模块2包括壳体21、伺服电机22、联轴器23、丝杠24、传动杆25、第一密封法兰26、第二密封法兰27、限位开关28、光电开关29和钢板尺210；壳体21，用于固定伺服电机22，伺服电机22依次连接联轴器23、丝杠24与传动杆25，并带动传动杆25往复运动，传动杆25的端部连接第一密封法兰26，第一密封法兰26与测量靶头1固定连接；第二密封法兰27设置在丝杠24与传动杆25连接处，用于将丝杠24和传动杆25固定连接在壳体21上；限位开关28和光电开关29，用于通过限制传动杆25的位置，控制测量靶头1的位置；钢板尺210，与伺服电机22上的绝对位置编码器结合，用于准确计算传动杆25的位移。本实施例
中通过两个支撑半月板211，将传动杆25固定在第二密封法兰27中。在第二密封法兰27的周向设置若干个吊装环212。
56.运动模块2还包括冷却水管213、水管接头214、波纹管215和连接管216，冷却水管213包括两条管路，两条管路分别通过水管接头214与波纹管215的一端连接，传动杆25为中空结构，其内设置两条连接管216，两条连接管216的一端连接波纹管215的另一端，两条连接管216的另一端通过第一密封法兰26上的通孔分别与第一层金属板113中冷却水路114的输入端和输出端连接，形成冷却回路。
57.如图7所示，数据处理模块3包括i-v阻抗放大器、模拟-数字采集卡adc、可编程逻辑处理器fpga和嵌入式arm及epics；测量靶头1采集的数据通过i-v阻抗放大器进行放大，经过放大的数据进入模拟-数字采集卡adc转换为数字信号，可编程逻辑处理器fpga对数字信号进行处理，嵌入式arm及epics，用于存储数字信号及其处理结果。
58.在本发明的另一个实施例中，如图8所示，测量靶头1为两个，两个测量靶头1的狭缝111均与运动模块2的运动方向成45度，当运动模块2驱动测试靶头直线运动时，单次扫描就能够进行水平与垂直两个方向的剖面测量。本实施例使得单套探测器在单次扫描条件下，即可测得双向的束流剖面尺寸
59.实施例三
60.基于相同的发明构思，为了证明本发明中适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置的实际测量效果，本实施例中首先通过三维电磁仿真程序，来评估偏压部12的场分布。其实际采用的束流参数如下：质子1p
1+
，能量2.1mev，流强10ma，束流为高斯分布σx＝2.5mm,σy＝2.5mm。
61.如图8所示，当偏压部12施加的电压为-500v时，偏压部12与收集部13之间的等势线分布比较平直，且等势线基本垂直于束流进入方向，即电场分布平行于束流进入方向。可见本发明中偏压部12的设计可有效降低束流粒子轰击收集部13后，所产生的500ev以下低能电子的逃逸概率。
62.理论上，束流轰击金属造成的表面低能电子产额(sey)，是收集部13内次级电子的构成主体。国际上常用sternglass公式来评估sey，如下式所示，其产额与库伦碰撞的能量损失成正比：
63.sey＝(de/dz)*p*ds/δe
64.式中de/dz为单位长度能损，srim程序计算2.1mev质子在铜中平均能损大约为69.17mev/mm；p指低能电子的逃逸概率约为0.5；ds为表层电子的逃逸程约1nm，δe是表层电子逃逸的消耗能量约25ev。代入参数计算得sey＝1.383，表示在参数的单个质子轰击金属铜后，其表层出射的低能电子数目。根据公式，假设低能电子在真空环境下全逃逸出收集部13，偏压部12可提升的流强测量准确性极限约为(1.38+1)/1＝238％。但偏压部12很难抑制收集部13内因束流轰击产生的高能电子。依据库伦碰撞的作用距离及电子之间的软、硬碰撞概率，两种碰撞形式的损失总能量相当，因此高能电子的产额会远小于低能电子。
65.收集部13内的锯齿132设计，当锥底的高能电子各向同性地射出时，在仅考虑锯齿132存在导致的锥底角变化，估算其可多遮挡住约33％的电子。此外，锥中部及上部的锯齿132还可造成高能电子来回折射，最终损失能量并停止于锥壁的有利情形。
66.如图9(a)所示，通过ansys fluent对狭缝部11中连接的循环冷却回路进行温度仿
真，其中，质子束能量2.1mev，流强10ma，1倍sigma尺寸为2.5mm，设置水冷条件为8l/min流量、0.4mpa水压，狭缝部11在3ms脉宽、3hz重复频率时，其最高温升约为875℃，且在约0.1ms内可以有效冷却。在束流参数及脉冲条件下，质子束通过水冷狭缝部11后，到达收集部13锥体的粒子数目，可通过二维高斯积分公式进行评估：
[0067][0068]
式中，n、n0分别表示通过狭缝111的粒子束及束流粒子数，μx、μy分别表示水平与垂直方向的束流中心，σx＝σy＝2.5mm分别表示两方向的分布标准差，m表示一个方向上的几倍标准差范围，通常m＝3及以上即可包含大部分束流粒子，d＝0.2mm表示狭缝111宽度，将参数代入积分公式，可估算得当狭缝111扫描到束流中心位置时，能进入收集部13内的粒子数仅有约3.2％，可知收集部13锥体内的流强通常会比狭缝111前的少约2个量级。
[0069]
加速器mebt区域21kw的束流脉冲峰值功率下，仅有数百瓦到达收集部13，此外由于特殊设计的锥形结构存在18.75
°
的半角度，其功率承受面积会由s近似增大为s/sin(18.75
°
)，即单位面积热功率会降低约3.1倍。综合因素，利用ansys进行三维热仿真可得，在同样3ms及3hz脉冲束测量模式下，收集部13的温升基本可以忽略。
[0070]
作为对比案例，如图9(b)所示，传统单丝剖面探针在同样束流条件下，低能2.1mev质子在钨丝中的射程约为15.38微米，其能量近似在丝表层全沉积。考虑热辐射、热传导、以及温变的热导率系数等，求解微分方程可以算得：在同样3hz重复频率下，束流脉宽仅在0.1ms时，其温升可达到约1300℃。
[0071][0072]
式中ρ为丝密度；v为丝体积；c
p
表示丝热容系数，且考虑为温变系数；dt/dt是温度随时间变化的一阶微分；δe是束流在丝中能量沉积；i为束流流强；ai表示束流与丝碰撞面积；ε是丝表面辐射系数；σ是斯忒藩-玻尔兹曼常数；t和t0分别表示丝温度和环境温度；λ为丝热传导系数，且考虑为温变系数；dt2/dl2表示丝温度沿丝长度即热传导方向的二阶微分。
[0073]
在质子束能量2.1mev，流强8.6ma，以及200μs脉宽和1hz重复频率下，本实施例中横向水平剖面测量结果如图10所示。可见束流在横向水平方向的包络中心约在-1.43mm，尺寸全宽约20mm，扫描测量的位置分辨率约0.2mm。mebt段横向光学参数可以在如此高功率条件下进行频繁及稳定的测量调整，以更好地与下游的超导段匹配和减少束损。
[0074]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。内容仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头，其特征在于，包括：狭缝部、偏压部、收集部和固定支架；所述狭缝部，其中间设置狭缝的复合板，用于对束流进行阻挡，仅允许所述狭缝内的束流通过；所述偏压部，其中间设置与所述狭缝对应的切口，用于通过高压抑制二次电子；所述收集部，为v型倒锥体，其开口朝向所述偏压部，用于对通过所述狭缝的电子进行收集；所述固定支架，用于依束流传播方向依次固定所述狭缝部、偏压部和收集部。2.如权利要求1所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头，其特征在于，所述狭缝部包括两层金属板，第一层金属板的中央位置采用线切割工艺加工出一道狭缝，第二层金属板内设置凹陷的冷却水路，采用高温爆炸焊将第一金属板和第二金属板焊接为一个整体。3.如权利要求2所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头，其特征在于，所述第一层金属板为钽层，所述第二层金属板为铜层，所述钽层的狭缝的内切截面为直角，所述铜层的狭缝的内切截面为斜角；所述偏压部的切口截面为斜角，所述切口截面的斜角不小于铜层狭缝的内切截面的斜角。4.如权利要求1所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头，其特征在于，所述v型倒锥体的内表面上设置若干锯齿，以增加锥体内二次电子的折返几率。5.如权利要求4所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头，其特征在于，所述v型倒锥体的开口在垂直于狭缝方向的宽度不小于偏压部的切口宽度；所述v型倒锥体的开口在平行于狭缝方向的宽度不小于偏压部的切口长度；锥底角不小于偏压部切口截面的倾斜角。6.一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置，其特征在于，包括：测量靶头、运动模块和数据处理模块；所述测量靶头采用如权利要求1-5任一项所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头；所述运动模块，用于带动所述测量靶头进行逐行扫描；所述数据处理模块，用于对所述测量靶头采集的数据进行分析处理。7.如权利要求6所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置，其特征在于，所述运动模块包括壳体、伺服电机、联轴器、丝杠、传动杆、第一密封法兰、第二密封法兰、限位开关、光电开关和钢板尺；所述壳体，用于固定所述伺服电机，所述伺服电机依次连接所述联轴器、丝杠与传动杆，并带动所述传动杆往复运动，所述传动杆的端部连接所述第一密封法兰，所述第一密封法兰与所述测量靶头固定连接；所述第二密封法兰设置在所述丝杠与传动杆连接处，用于将丝杠和传动杆固定连接在所述壳体上；所述限位开关和光电开关，用于通过限制传动杆的位置，控制所述测量靶头的位置；所述钢板尺，与所述伺服电机上的绝对位置编码器结合，用于准确计算所述传动杆的位移。8.如权利要求7所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置，其特征在于，所述运动模块还包括冷却水管、水管接头、波纹管和连接管，所述冷却水管包括两条管路，所述两
条管路分别通过水管接头与所述波纹管的一端连接，所述传动杆为中空结构，其内设置两条所述连接管，两条所述连接管的一端连接所述波纹管的另一端，两条所述连接管的另一端通过所述第一密封法兰上的通孔分别与所述第二层金属板中冷却水路的输入端和输出端连接，形成冷却回路。9.如权利要求6所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置，其特征在于，所述测量靶头为两个，两个所述测量靶头的狭缝均与所述运动模块的运动方向成45度，当所述运动模块驱动所述测试靶头直线运动时，单次扫描就能够进行水平与垂直两个方向的剖面测量。10.如权利要求7所述的适用于低能强流束的扫描式剖面测量装置，其特征在于，所述数据处理模块包括i-v阻抗放大器、模拟-数字采集卡adc、可编程逻辑处理器fpga和嵌入式arm及epics；所述测量靶头采集的数据通过所述i-v阻抗放大器进行放大，经过放大的数据进入所述模拟-数字采集卡adc转换为数字信号，所述可编程逻辑处理器fpga对所述数字信号进行处理，所述嵌入式arm及epics，用于存储所述数字信号及其处理结果。

技术总结
本发明属于加速器束流诊断技术领域，涉及一种适用于低能强流束的扫描式剖面测量靶头和装置，包括：狭缝部、偏压部、收集部和固定支架；所述狭缝部，其中间设置狭缝的复合板，用于对束流进行阻挡，仅允许所述狭缝内的束流通过；所述偏压部，其中间设置与所述狭缝对应的切口，用于通过高压抑制二次电子；所述收集部，为V型倒锥体，其开口朝向所述偏压部，用于对通过所述狭缝的电子进行收集；所述固定支架，用于依束流传播方向依次固定所述狭缝部、偏压部和收集部。以满足强流加速器在中低能区域频繁和准确的剖面测量需求。和准确的剖面测量需求。和准确的剖面测量需求。


技术研发人员：谢宏明 丁家坚 李志学 何珮琳 杜泽 张雍 朱光宇 武军霞 杨建成
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/10/8