一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置的制作方法

1.本发明属于回旋加速器技术领域，尤其涉及一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置。


背景技术：

2.回旋加速器是一种圆形加速器，带电粒子在其中沿闭合轨道做回旋运动，利用作用于加速间隙的周期性振荡的电场，使粒子得到循环重复的加速。因为回旋加速器可以重复利用高频电场加速，所以能用较低的成本使粒子加速至更高的能量，在核物理研究、航空航天、武器装备、同位素生产、癌症治疗、工业辐照等诸多领域得到了广泛的应用。也正是由于回旋加速器占地面积小、成本低、可靠性高、易于维护、用途广等特点，在上个世纪国际上就已出现了大量的商用和工业用的回旋加速器。
3.在众多应用中，大部分应用对引出束流的电性没有特殊的要求,但随着科学研究的发展，部分应用对于束流电性提出了新的要求：不仅需要一次性地同时提供多态电荷，并且每一种电荷态束流的束流强度要求能够在线灵活调节。所述一次性地同时提供多态电荷，既是除了提供常规的质子束以外、还需要同时提供负氢离子束和/或氢原子束。
4.上述同时提供多态电荷的难点在于：若采用静电偏转引出方法，则只能引出质子束或负氢离子束其中的一种；同样，若采用剥离膜引出的方法不能引出负氢离子束。
5.上述在线调节各类电荷量的难点在于：由于每一种引出装置只能引出一种电荷态的束流，不能通过各电荷态束流分摊总电流的方法调整单种电荷的流强，若要在线调整单种类束流流强，则通过调整注入束流强度的方法。假设实现了同一个引出装置能够同时引出多电荷态束流，当采用这种调整注入束流强度的方法调整多电荷态中每一种电荷态的流强时，只能在线调节各电荷态束流的总流强，而不能分别调节每种电荷态束流的流强。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术存在的问题，提出一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出结构，目的在于解决现有技术每一种引出装置只能引出一种电荷态的束流，当采用调整注入束流强度的方法调整多电荷态中每一种电荷态的流强时，只能在线调节各电荷态束流的总流强，而不能分别调节每种电荷态束流的流强的问题。
7.本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：
8.一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特点是：在束流加速至引出能量的轨迹上，布设有质子、负氢离子、氢原子三电荷态束流引出装置；或者布设有质子束和负氢离子双电荷态束流引出装置；或者布设有质子、氢原子双电荷态束流引出装置；该三电荷态或双电荷态束流引出装置均设有由不同厚度且不同位置剥离膜组合而成的剥离靶和/或静电偏转板，该不同位置剥离膜用于在线调节各成分束流占比，该不同厚度是指按照多电荷态束流引出的需求，将剥离膜设置为不同厚度；该不同位置是指在束流引出的轨迹上，该多个剥离膜相互之间的前后位置不同且径向位置不同；
9.进一步地，所述质子、负氢离子、氢原子三电荷态束流引出装置，包括由剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶、以及静电偏转板；该剥离膜a的厚度为引出氢原子h时氢原子h流强最高的厚度；该剥离膜b和剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
+
占比99.9％以上；该剥离膜b的中间设有矩形通孔，该矩形通孔用于控制负氢离子通过静电偏转板时，静电偏转板不被负氢离子轰击。
10.进一步地，该剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，剥离膜a、剥离膜b和剥离膜c的宽度大于束斑尺寸的150％以确保束流从剥离膜通过，而非从剥离膜后端支架通过，剥离膜a和剥离膜b内侧的径向位置相同，通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比。
11.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比，具体为：当剥离膜c内侧半径大于剥离膜b的小孔外侧半径时，质子束占比最低。
12.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，氢原子束和负氢离子束占比越低，当剥离膜c内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径，此时只引出质子束。
13.进一步地，该剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比。
14.进一步地，所述通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比，具体为：当剥离膜a内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径时，氢原子束占比最高。
15.进一步地，所述通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比，具体为：当剥离膜a内侧半径越大，氢原子束占比越低，质子束和负氢离子束占比越高，当剥离膜a内侧半径大于剥离膜b小孔外侧半径或剥离膜c内侧半径时，氢原子束占比降为0。
16.进一步地，同时调整剥离膜c和剥离膜a的径向位置，可以实现三种电荷态束流占比的在线调节。
17.进一步地，剥离膜a和剥离膜c的内侧半径不能小于剥离膜b的内侧半径，用以防止在小于剥离膜b内侧半径的地方，剥离膜a和c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。
18.进一步地，该由质子束和负氢离子双电荷态束流引出装置，由剥离膜b和剥离膜c组合而成的剥离靶和静电偏转板组成；该剥离膜b和剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
+
占比99.9％以上；该剥离膜b的中间设有矩形通孔，该矩形通孔用于控制负氢离子通过静电偏转板时，静电偏转板不被负氢离子轰击。
19.进一步地，该由剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜c的位置实现质子、负氢离子占比的在线调节。
20.进一步地，所述通过调整剥离膜c的位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径大于剥离膜b小孔外侧半径时，质子束占比最低，负氢离子束占比最高。
21.进一步地，所述通过调整剥离膜c的位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，负氢离子束占比越低。
22.进一步地，所述通过调整剥离膜c的位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：当剥离膜c内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径时，只引出质子束。
23.进一步地，在调整剥离膜c的径向位置时，剥离膜c内侧半径不能小于剥离膜b内侧
半径，用以防止在小于剥离膜b内侧半径的地方，剥离膜c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。
24.进一步地，所述质子、氢原子双电荷态束流引出装置，由剥离膜a、剥离膜c组合而成的剥离靶构成；该剥离膜a的厚度为引出氢原子h时氢原子h流强最高的厚度；该剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
+
占比99.9％以上。
25.进一步地，该由剥离膜a、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节。
26.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，氢原子束占比越低。
27.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：当剥离膜c内侧半径等于剥离膜a内侧半径时，只引出质子束。
28.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：在调整剥离膜c的径向位置时，剥离膜c内侧半径不能小于剥离膜a内侧半径，用以防止在小于剥离膜a内侧半径的地方，剥离膜c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。
29.本发明的优点效果
30.1、本发明通过在束流引出轨迹上安装剥离靶和/或静电偏转板，通过在剥离靶上安装由多个厚度不同、纵向位置不同、径向位置不同的剥离膜，通过调节各个剥离膜的径向位置进而在线调节各成分束流占比，解决了现有技术只能引出单电荷态的束流，且只能在线调节各电荷态束流的总流强，而不能分别调节每种电荷态束流的流强的问题。
31.2、本发明巧妙地利用了剥离后各种电荷态束流流强之和(即总流强)等于剥离前的流强的特点，解决了长期以来本领域技术人员难以解决的在线在调节各成分束流占比的疑难问题：由于本发明在束流引出轨道上设置了针对多电荷态的多个剥离膜而非只有一种剥离膜，多电荷态的多个剥离膜，当其中一个剥离膜因调节其径向位置使得通过它的流强减弱不能100％的将注入流强引出时，剩下的流强就会被引出轨道上其它电荷态的剥离膜所“吸附”，之所以被“吸附”而不会再次合并到当前剥离膜的下一个束团中，是因为剩下的流强“有处可去”而非无处可去，既然“有处可去”就不会继续在加速器引出轨道上旋转，也就不会合并到当前剥离膜的下一个束团中。
附图说明
32.图1为本发明一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出原理图；
33.图2为本发明负氢离子束剥离过程中各束流成分随剥离膜厚度的变化曲线；
34.图3为本发明剥离膜结构；
35.图4a本发明为质子束占比调节方法一；
36.图4b为本发明质子束占比调节方法二；
37.图4c为本发明质子束占比调节方法三；
38.图5a为本发明氢原子束占比调节方法一；
39.图5b为本发明氢原子束占比调节方法二；
40.图5c为本发明氢原子束占比调节方法三；
41.图6为本发明质子、负氢离子双电荷态束流引出示意图；
42.图6a为本发明质子束和负氢离子束占比调节方法一
43.图6b为本发明质子束和负氢离子束占比调节方法二
44.图6c为本发明质子束和负氢离子束占比调节方法三
45.图7为本发明质子、氢原子双电荷态束流引出示意图；
46.图7a为本发明质子束和氢原子束占比调节方法一；
47.图7b为本发明质子束和氢原子束占比调节方法二；
48.图7c为本发明质子束和氢原子束占比调节方法三；
具体实施方式
49.本发明设计原理
50.1、剥离靶结构设计。本发明在剥离靶上安装三个剥离膜(常规的剥离靶只有一个剥离膜)，这三个剥离膜厚度不同、纵向位置不同、径向位置不同。所述厚度不同，就是根据束流要求选择剥离膜的厚度，每一种厚度剥离后获得的每种电荷态束流的流强不同，剥离后各种电荷态束流流强之和(即总流强)等于剥离前的流强；所述纵向位置不同就是三个剥离膜在束流轨迹上的前后位置不同，所述径向位置不同就是三个剥离膜沿着加速器半径的位置不同。
51.2、负氢离子束剥离过程中各束流成分随剥离膜厚度变化的原理。如图2所示，本实施例从加速器中心区注入的是负氢离子，负氢离子束在剥离过程中，随着剥离膜厚度的增加，负氢离子的电子被剥离，负氢离子的电子被剥离时会剥离掉1个电子或2个电子，剥离掉1个电子后成为氢原子束，剥离掉2电子后成为质子束。其中，氢原子束的占比在剥离膜厚度变化过程中会有一个峰值，峰值以后又会逐渐下降，下降的原因是因为负氢离子数的总数量逐渐减小，所以其剥离生成氢原子的数量也随之减小；但氢原子数量随之减小的同时，氢原子的一部分还会再次被剥离掉1个电子，氢原子的一部分再次被剥离掉1个电子时就成为质子，被氢原子剥离成为质子的数量逐渐增多。同时质子很难获得电子重新成为氢原子h或负氢离子h-。因此剥离膜达到一定厚度后，束流会被完全剥离成质子束。
52.3、多个剥离膜厚度设计原理。根据图2不同剥离膜厚度时的各成分束流占比不同的原理进行三个剥离膜的厚度设计，如图2所示，横坐标代表剥离膜厚度，纵坐标代表束流流强。
①
在剥离膜厚度为6时，氢原子的流强最高、流强为60，但此时负氢离子h-和质子h
+
的流强只有将近20，在剥离膜厚度为6时，氢原子的流强是氢离子h-和质子h
+
的流强的3倍；
②
随着剥离膜后的增加，氢原子的流强、以及负氢离子的流强逐渐下降，它们到达剥离膜厚度为40时，流强下降为0，但此时质子的流强达到最高为接近99。
53.利用上述特性，将产生氢原子的剥离膜厚度设计为接近6，将产生质子的剥离膜厚度设计为40，实际工作中，产生质子的剥离膜的厚度可以尽量厚，使得流强接近99％。从图2看出，负氢离子的在横坐标剥离膜厚度为0时其流强最高为100，因此，设计负氢离子的厚度为0，厚度为0也就是无需设置剥离膜。但是由于控制负氢离子到达静电偏转板时静电偏转板不会受到负氢离子的轰击以损失负氢离子的功率，因此还是要专门设置针对负氢离子的剥离膜，该剥离膜的中心位置矩形窗口，矩形窗口的尺寸是通过计算得到的，该尺寸用来控制穿过矩形窗口的负氢离子的束团直径，该直径保证不会在束团经过静电偏转板时轰击到
静电偏转板上。
54.图2是对于某一束流能量的结果，束流能量改变后需要的厚度也不同、氢原子束流强的最大值也可能不同。例如能量翻倍，氢原子束峰值的厚度可能6变为12，质子99对应厚度可能需要80，等等。这些都是可以计算的，属于现有技术。所以这一条中的厚度6、40等不是对于所有能量都是通用的，是否需要补充说明
55.4、多个剥离膜径向位置设计原理。所述位置包括纵向位置和径向位置。其中纵向位置没有先后顺序，可以颠倒，因为决定各成分束流占比的是剥离膜的厚度而不是剥离膜的前后位置，位置变化了但是厚度没变。剥离膜径向位置用于调节各个剥离膜之间的电荷占比，每个剥离膜的径向位置必须按照其占比的需求而定、不能随意颠倒径向位置。该径向位置也就是剥离膜的内侧到加速器中心点的距离。由于剥离膜总长度一定，随着剥离膜内侧到加速器中心点的径向距离不同，剥离膜的宽度也不同。
56.5、用调节多个剥离膜径向位置的方法代替调节注入束流流强的方法。调节多个剥离膜的径向位置能够改变多种电荷相互之间的占比，但是调节单一剥离膜的径向位置则不能改变单一种类电荷的流强，而只能通过调整注入束流强度的方法改变其流强。因为总流强从输入到输出是不变的，对于引出单一种类的束流，即使改变了剥离膜c的径向位置(剥离膜c内侧径向距离变大，宽度缩短)，使得大部分束流被剩下而没有经过剥离膜c变成质子，而只有少数的束流变成质子，但被剩下的束流并没有被丢失而是继续在加速器旋转、并且被合并到下一个束团中，当下一个束团经过剥离膜c时，其流强不仅仅是当前从注入口注入的流强，还要加上上次没有被引出继续在加速器引出轨道旋转的被剩下的流强，随着叠加次数增加，被剩下的继续在加速器引出轨道上旋转的流强包括前n次剩下的流强，直到前n次剩下的流强加上当前经过剥离膜c的流强等于100％注入的流强。由于加速器1秒钟会有几百万个束团，所以，从只能少部分引出注入的流强，到100％的引出注入流强，整个过程快速得可以忽略不计，也就是说，对于引出单电荷态的束流，虽然移动了剥离膜c径向位置，但不能改变引出的束流流强，仍然是百分之百的束流被引出。其原因在于注入的流强不会丢失，剩下的束流还会加入到下一个束团中。
57.但是，当引出多电荷态的束流时，情况就变化了：剩下的束流不会继续在加速器引出轨道上旋转，而是分配到了径向位置不同的其它剥离膜上，由于其它剥离膜和当前剥离膜的厚度不同，因此就会产生不同占比和不同电荷态的束流。这些不同占比和不同电荷态的束流的流强加在一起等于100％的注入总流强。因此，引出多电荷态的情况下，能够通过调节剥离膜的径向位置调节多电荷态束流之间的占比。并且，引出多电荷态的情况下，只能采用调节其径向位置的方法，而不能采用调节注入电流的方法。因为当采用这种调整注入束流强度的方法调整多电荷态中每一种电荷态的流强时，只能在线调节各电荷态束流的总流强，而不能分别调节每种电荷态束流的流强。
58.基于以上原理，本发明设计了一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置。
59.一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置如图1所示，其特征点是：在束流加速至引出能量
③
的轨迹上，布设有质子、负氢离子、氢原子三电荷态束流引出装置；或者布设有质子束和负氢离子双电荷态束流引出装置；或者布设有质子、氢原子双电荷态束流引出装置；该三电荷态或双电荷态束流引出装置均设有由不同厚度且不同位置剥离
膜组合而成的剥离靶
①
和/或静电偏转板
②
，该不同位置剥离膜用于在线调节各成分束流占比，该不同厚度是指按照多电荷态束流引出的需求，将剥离膜设置为不同厚度；该不同位置是指在束流引出的轨迹上，该多个剥离膜相互之间的前后位置不同且径向位置不同；
60.进一步地，如图1、图3所示，所述质子、负氢离子、氢原子三电荷态束流引出装置，包括由剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶、以及静电偏转板
②
；该剥离膜a的厚度为引出氢原子h时氢原子h流强最高的厚度；该剥离膜b和剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
+
占比99.9％以上；该剥离膜b的中间设有矩形通孔，该矩形通孔用于控制负氢离子通过静电偏转板时，静电偏转板不被负氢离子轰击。
61.进一步地，该剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，剥离膜a、剥离膜b和剥离膜c的宽度大于束斑尺寸的150％以确保束流从剥离膜通过，而非从剥离膜后端支架通过，剥离膜a和剥离膜b内侧的径向位置相同，通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比。
62.补充说明
63.剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c分别安装在膜架上，膜架和剥离靶连接，通过电机等方式控制每个膜架径向前后运动，并反馈它们的位置，实现每个剥离膜径向位置的在线调节。
64.进一步地，如图4a所示，所述通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比，具体为：当剥离膜c内侧半径大于剥离膜b的小孔外侧半径时，质子束占比最低。
65.进一步地，如图4c所示，所述通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，氢原子束和负氢离子束占比越低，当剥离膜c内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径，此时只引出质子束。
66.进一步地，该剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比。
67.进一步地，如图5a所示，所述通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比，具体为：当剥离膜a内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径时，氢原子束占比最高。
68.进一步地，如图5c所示，所述通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比，具体为：当剥离膜a内侧半径越大，氢原子束占比越低，质子束和负氢离子束占比越高，当剥离膜a内侧半径大于剥离膜b小孔外侧半径或剥离膜c内侧半径时，氢原子束占比降为0。
69.进一步地，同时调整剥离膜c和剥离膜a的径向位置，可以实现三种电荷态束流占比的在线调节。
70.进一步地，剥离膜a和剥离膜c的内侧半径不能小于剥离膜b的内侧半径，用以防止在小于剥离膜b内侧半径的地方，剥离膜a和c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。
71.进一步地，该由质子束和负氢离子双电荷态束流引出装置，由剥离膜b和剥离膜c组合而成的剥离靶和静电偏转板组成；该剥离膜b和剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
+
占比99.9％以上；该剥离膜b的中间设有矩形通孔，该矩形通孔用于控制负氢离子通过静电偏转板时，静电偏转板不被负氢离子轰击。
72.进一步地，该由剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜c的径向位置实现质子、负氢离子占比的在线调节。
73.进一步地，如图6a所示，所述通过调整剥离膜c的径向位置，实现质子、负氢离子占
比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径大于剥离膜b小孔外侧半径时，质子束占比最低，负氢离子束占比最高。
74.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，负氢离子束占比越低。
75.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：当剥离膜c内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径时，只引出质子束。
76.进一步地，在调整剥离膜c的径向位置时，剥离膜c内侧半径不能小于剥离膜b内侧半径，用以防止在小于剥离膜b内侧半径的地方，剥离膜c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。
77.进一步地，所述质子、氢原子双电荷态束流引出装置，由剥离膜a、剥离膜c组合而成的剥离靶构成；该剥离膜a的厚度为引出氢原子h时氢原子h流强最高的厚度；该剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
+
占比99.9％以上。
78.进一步地，该由剥离膜a、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节。
79.进一步地，如图7a、图7b、图7c所示，所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，氢原子束占比越低。
80.进一步地，如图7a所示，所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：当剥离膜c内侧半径等于剥离膜a内侧半径时，只引出质子束。
81.进一步地，所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：在调整剥离膜c的径向位置时，剥离膜c内侧半径不能小于剥离膜a内侧半径，用以防止在小于剥离膜a内侧半径的地方，剥离膜c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。
82.需要强调的是，上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对上述实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：在束流加速至引出能量的轨迹上，布设有质子、负氢离子、氢原子三电荷态束流引出装置；或者布设有质子束和负氢离子双电荷态束流引出装置；或者布设有质子、氢原子双电荷态束流引出装置；该三电荷态或双电荷态束流引出装置均设有由不同厚度且不同位置剥离膜组合而成的剥离靶和/或静电偏转板，该不同位置剥离膜用于在线调节各成分束流占比，该不同厚度是指按照多电荷态束流引出的需求，将剥离膜设置为不同厚度；该不同位置是指在束流引出的轨迹上，该多个剥离膜相互之间的前后位置不同且径向位置不同。2.根据权利要求1所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述质子、负氢离子、氢原子三电荷态束流引出装置，包括由剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶、以及静电偏转板；该剥离膜a的厚度为引出氢原子h时氢原子h流强最高的厚度；该剥离膜b和剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
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占比99.9％以上；该剥离膜b的中间设有矩形通孔，该矩形通孔用于控制负氢离子通过静电偏转板时，静电偏转板不被负氢离子轰击。3.根据权利要求2所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：该剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，剥离膜a、剥离膜b和剥离膜c的宽度大于束斑尺寸的150％以确保束流从剥离膜通过，而非从剥离膜后端支架通过，剥离膜a和剥离膜b内侧的径向位置相同，通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比。4.根据权利要求3所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比，具体为：当剥离膜c内侧半径大于剥离膜b的小孔外侧半径时，质子束占比最低。5.根据权利要求3所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜c的径向位置可以在线调节质子束的占比，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，氢原子束和负氢离子束占比越低，当剥离膜c内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径，此时只引出质子束。6.根据权利要求2所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：该剥离膜a、剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比。7.根据权利要求6所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比，具体为：当剥离膜a内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径时，氢原子束占比最高。8.根据权利要求6所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜a的径向位置可以在线调节氢原子束的占比，具体为：当剥离膜a内侧半径越大，氢原子束占比越低，质子束和负氢离子束占比越高，当剥离膜a内侧半径大于剥离膜b小孔外侧半径或剥离膜c内侧半径时，氢原子束占比降为0。9.根据权利要求6所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：同时调整剥离膜c和剥离膜a的径向位置，可以实现三种电荷态束流占比的在线调节。10.根据权利要求6所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特
征在于：剥离膜a和剥离膜c的内侧半径不能小于剥离膜b的内侧半径，用以防止在小于剥离膜b内侧半径的地方，剥离膜a和c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。11.根据权利要求1所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：该由质子束和负氢离子双电荷态束流引出装置，由剥离膜b和剥离膜c组合而成的剥离靶和静电偏转板组成；该剥离膜b和剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
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占比99.9％以上；该剥离膜b的中间设有矩形通孔，该矩形通孔用于控制负氢离子通过静电偏转板时，静电偏转板不被负氢离子轰击。12.根据权利要求11所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：该由剥离膜b、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜c的径向位置实现质子、负氢离子占比的在线调节。13.根据权利要求12所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜c的径向位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径大于剥离膜b小孔外侧半径时，质子束占比最低，负氢离子束占比最高。14.根据权利要求12所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜c的径向位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，负氢离子束占比越低。15.根据权利要求11所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜c的径向位置，实现质子、负氢离子占比的在线调节，具体为：当剥离膜c内侧半径小于剥离膜b小孔内侧半径时，只引出质子束。16.根据权利要求11所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：在调整剥离膜c的径向位置时，剥离膜c内侧半径不能小于剥离膜b内侧半径，用以防止在小于剥离膜b内侧半径的地方，剥离膜c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。17.根据权利要求1所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述质子、氢原子双电荷态束流引出装置，由剥离膜a、剥离膜c组合而成的剥离靶构成；该剥离膜a的厚度为引出氢原子h时氢原子h流强最高的厚度；该剥离膜c的厚度足够厚，使引出质子h
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占比99.9％以上。18.根据权利要求17所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：该由剥离膜a、剥离膜c组合而成的剥离靶，通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节。19.根据权利要求18所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：剥离膜c内侧半径越小，质子束占比越高，氢原子束占比越低。20.根据权利要求18所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜c的径向位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：当剥离膜c内侧半径等于剥离膜a内侧半径时，只引出质子束。21.根据权利要求18所述一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置，其特征在于：所述通过调整剥离膜a的位置,实现质子、氢原子占比的在线调节，具体为：在调
整剥离膜c的位置时，剥离膜c内侧半径不能小于剥离膜a内侧半径，用以防止在小于剥离膜a内侧半径的地方，剥离膜c将未达到引出能量区轨迹上的粒子进行剥离。

技术总结
本发明公开了一种用于负氢离子回旋加速器的多电荷态束流引出装置：在束流加速至引出能量的轨迹上，布设有质子、负氢离子、氢原子三电荷态束流引出装置；或者布设有质子束和负氢离子双电荷态束流引出装置；或者布设有质子、氢原子双电荷态束流引出装置；该三电荷态或双电荷态束流引出装置均设有由不同厚度且不同位置剥离膜组合而成的剥离靶和/或静电偏转板，该不同位置剥离膜用于在线调节各成分束流占比，该不同位置是指在束流引出的轨迹上，该多个剥离膜相互之间的前后位置不同且径向位置不同；本发明解决了现有技术只能引出单电荷态的束流，且只能在线调节各电荷态束流的总流强，而不能分别调节每种电荷态束流的流强的问题。题。题。


技术研发人员：冀鲁豫 安世忠 宋国芳 纪彬 边天剑 王哲
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/13