[发明专利]双向残余气体电离剖面探测器系统及其探测方法

说明书

本发明涉及一种双向残余气体电离剖面探测器系统及其探测方法，其中，探测器系统包括：高压静电场框架，用于提供一个均匀的高压静电场来引导加速信号电子；微通道板，用于对信号电子进行倍增放大；丝条形阳极，用于收集倍增放大之后的信号电子；高压馈通，用于在所述法兰上进行真空内外端的高压输送；高压引导电极，用于所述高压静电场框架与所述高压馈通之间的高压输送；信号馈通，用于在法兰面上进行真空内外端的信号传输；信号接头用于在丝条形阳极上进行多通道信号引出，并通过漆包线将信号输出至所述信号馈通。本发明结构设计紧凑，响应快并能节省加速器纵向空间及经济成本。

技术领域

本发明涉及重离子(包括质子束)加速器束流诊断技术领域，具体是关于一种双向残余气体电离剖面探测器系统及其探测方法。

背景技术

束流诊断系统是质子及重离子加速器装置上重要的组成系统之一，其对束流各项参数的测量及监控，保证了加速器前后部件的参数匹配和稳定运行。束流横向尺寸又是影响束流品质的关键参数之一，剖面参数的精准测量对加速器的接受度匹配、发射度测量及横向冷却研究等具有重要意义。

国际上适应于质子及重离子同步加速器和储存环的非拦截式剖面测量手段主要有残余气体电离剖面探测器。较早在上世纪60年代，俄罗斯的布德克尔核物理研究所(BINP)提出了利用束流使残余气体电离来测量束流剖面的可行性，此后至今的半个多世纪里，欧洲核子中心(CERN)、美国费米实验室(FermiLab)、日本质子加速器研究装置(J-PARC)、以及德国重离子加速器研究设施(GSI)等都开发和应用了残余气体电离探针。国际上已有的探针尽管数量众多，但存在一些共性特点如下：1)高压场框架均采用串联高值电阻(百兆欧量级)来分压和塑形静电场；2)单套探针只能测量束流一维的剖面信息(束流横向X或Y一个方向)；3)响应速度较快的也仅在数十μs量级。

国内关于残余气体电离探针的研究起步较晚，较早有2016年兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上研发应用了基于光学获取式的探针，目的是利用光学获取的高空间分辨能力(约60μm)，用来在CSR上做横向电子冷却方面的研究(冷却后束流尺寸约1σ＝1mm)，该探针在主环CSRm和实验环CSRe一共布置了4套并正常工作至今。光学获取式探针存在的不足之处是，由于相机帧率和图像传输速率的限制，这种探针的时间响应不会很快(全分辨率及高信噪比下约100Hz量级)。

综上所述，需要发明一种非拦截式的、采用快速电信号获取方式，且具有紧凑型结构的残余气体电离剖面探针，令一套探针具备垂直及水平双向的剖面测量功能，实现强流同步加速器和储存环中快速逐圈剖面测量的同时(1μs量级)，又能最大程度地节省加速器宝贵的纵向空间及经济成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种双向残余气体电离剖面探测器系统，其具备创新的紧凑式结构设计，加上快速的电子学获取方式(带宽1MHz)，以实现强流同步加速器和储存环上的逐圈剖面测量功能，响应快并能节省加速器纵向空间及经济成本。

本发明的另一目的是提供一种双向残余气体电离剖面探测器系统的探测方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：