[发明专利]一种具有角分辨能力的正负电子磁谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及粒子探测领域，具体涉及的是一种具有角分辨能力的正负电子磁谱仪。

背景技术

美国物理学家安德森在1932年利用威尔逊云室发现了正电子的存在。正电子是人类发现的第一种反物质。银河系每秒钟产生的正电子个数约为1.5*10⁴³，相当于巢湖水中的电子总数。因此，正电子在实验室天体物理与高能物理的研究占有重要作用。此外，基于正负电子湮灭产生高能伽玛射线这一物理现象，也被广泛应用于物质缺陷的无损探测以及正电子发射断层扫描（PET）等技术。

利用超短超强激光与物质相互作用可以产生正电子。超短超强激光与高Z固体靶的相互作用将产生大量超热电子；这些电子在固体内受到来自原子的库仑力，运动方向和速度发生改变产生轫制辐射；当轫制辐射产生的伽马射线从原子核旁通过时，在原子核的库仑场作用下，伽马射线转化为一个正电子和一个电子。由于电子与产生的正电子在固体内部会经过多次库伦散射，最终导致透射出高Z固体靶后表面的电子和正电子发散角很大，大约20°~40°量级。这些正电子能量在5~50MeV量级，产额10⁸~10¹⁰。从靶背透射出的正负电子具有如此大的发散角和能散导致对正负电子角分布以及在这些方位角中能谱诊断的困难。

目前国际上对正负电子电子角分布及其能谱的诊断是采用3台正负电子磁谱仪，分别在3个方位同时测定正负电子的数目以及能谱，然后再通过数据拟合得到正负电子的角分布特性及不同方位角中的能谱特性。这中测量方法有以下两大不足之处：

（1）只测定3个方向的正负电子数据拟合出角分布曲线，此曲线的相对误差非常大，难以估计其精度；

（2）正负电子磁谱仪横向尺寸一般为100~150mm，同时测定3个方向的角分布和能谱数据时，每个磁谱仪所占的横向发散角为：

所占发散角=2*arctan（（横向尺寸/2）/磁谱仪到靶距离）

当限定每个磁谱仪所占发散角为15°量级时，磁谱仪到靶距离必须大于400mm。距离越远进入磁谱仪中粒子数越少，测量精度越低。

因此，得到更多方位的角分布与能谱数据，以及尽可能地使磁谱仪接近固体靶，使更多的正电子进入磁谱仪，将可以大幅提高对正负电子角分布能谱的诊断精度。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有角分辨能力的正负电子磁谱仪，其可以大幅提高对正负电子角分布能谱的诊断精度。

为实现上述目的，本发明解决问题的技术方案如下：

一种具有角分辨能力的正负电子磁谱仪，包括准直孔阵列、圆筒形磁体装置和正负电子记录介质，其中：

准直孔阵列，用于向圆筒形磁体装置中通入正负电子；

圆筒形磁体装置，包括外壳和内壳，以及固定在外壳与内壳之间、并且呈放射状分布的永磁铁；所有的永磁铁所包围的空间形成一个正负电子运动方向发生偏转的磁场回路；

正负电子记录介质，用于记录正负电子在成像平面的强度分布，得到正负电子的角分布及其能谱信息。

具体地说，所述准直孔阵列由九个竖直排列的准直孔组成。

进一步地，所述永磁铁的数量为十二瓣，且所有磁铁各自的磁极化方向依次为90°、150°、210°、270°、330°、30°、90°、150°、210°、270°、330°、30°。

作为优选，所述永磁铁为钕铁硼磁铁。

再进一步地，所述准直孔阵列紧贴于圆筒形磁体装置的一侧。

更进一步地，所述正负电子记录介质与圆筒形磁体装置的轴线呈锐角关系，且该正负电子记录介质的近边与圆筒形磁体装置的平面距离为30～40mm。

作为优选，所述正负电子记录介质为IP或者荧光屏。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明结构合理、设计巧妙、使用方便。

（2）本发明通过设计圆筒形磁体装置，在结合准直孔阵列和正负电子记录介质后，可以有效获得某一特定发散角范围内的正负电子，并使正负电子的运动方向发生偏转后获得正负电子在成像平面的强度分布，从而得出不同方向的能谱信息。本发明不仅测量方向多（准直孔阵列），而且测量精度更高（本发明距离靶点距离120~150mm，通过每个准直孔的正负电子数量为现有技术的（400/120）²≈11倍）。