专利摘要

一种百MeV汤姆逊质子谱仪，包括主体部分、束流孔、装配外壳、导流管、电源线、准直管和探测系统；主体部分由两块磁钢、两块电极板和两块绝缘板组成，装配外壳包裹所述的主体部分，且中间设有供探测系统或准直管插入的开槽，该开槽的位置与所述的两块绝缘板之间的位置相对应；导流管固定在所述的装配外壳上，束流孔安装在该导流管上，该导流管的位置与所述的开槽相对应。本实用性谱仪占用空间小、准直操作简单且可测量能量0MeV‑100MeV质子能谱，能量分辨率100mm处优于3％，110mm处优于2％，120mm处优于1.5％。

权利要求

1.一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特征在于，包括主体部分、束流孔(1)、装配外壳(2)、导流管(3)、电源线(9)、准直管(10)和探测系统；

所述的主体部分由两块磁钢(4)、两块电极板(5)和两块绝缘板(6)组成，两块磁钢(4)互相平行放置，两块磁钢(4)之间平行放置所述的两块电极板(5)，两块电极板(5)各接一条电源线(9)，在两块电极板(5)之间平行放置所述的两块绝缘板(6)；

所述的装配外壳(2)包裹所述的主体部分，且中间设有供所述的探测系统或准直管(10)插入的开槽，该开槽的位置与所述的两块绝缘板(6)之间的位置相对应；

所述的导流管(3)固定在所述的装配外壳(2)上，所述的束流孔(1)安装在该导流管(3)上，该导流管(3)的位置与所述的开槽相对应。

2.根据权利要求1所述的一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特征在于，所述的探测系统由探测器座(7)和成像板(8)组成，该成像板(8)固定在所述的探测器座(7)上。

3.根据权利要求1或2所述的一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特征在于，所述的束流孔(1)可拆卸，前置钨钢屏蔽管。

4.根据权利要求1或2所述的一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特征在于，所述的两块磁钢(4)大小均为90*110mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特征在于，所述两块电极板(5)大小均为90*70mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特征在于，所述两块绝缘板(6)大小均为90*70mm。

7.根据权利要求1或2所述的一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特征在于，所述的探测系统可拆卸，替换所述的准直管(10)。

说明书

技术领域

本实用新型涉及等离子体物理和核探测领域，具体来讲，是一种测量质子能量范围0MeV-100MeV的汤姆逊谱仪。

背景技术

在强场激光驱动离子加速研究中，激光与靶相互作用产生的质子能谱是关系物理过程的关键参数。我们通常采用汤姆逊谱仪对被加速的质子束进行能谱测量，该类型谱仪由J.J.Thomson在20世纪初首先提出。谱仪通过应用电场和磁场，使质子在相互垂直的两个方向上偏转，由于不同能量的质子在电磁场中有不同的径迹，从而在后端记录介质上形成特征抛物曲线。不同的抛物线对应于不同荷质比的离子，统一抛物线上不同位置表示相同荷质比离子的不同能量，且距离零点越近，离子能量越高。

随着激光技术发展和等离子体物理研究推进，在实验上可以产生几十甚至上百MeV的高能质子及其他离子。将需要具有更高能量分辨率的汤姆逊谱仪，这意味着需要更大的磁铁产生足够大的磁感应强度，并且传统用于离子加速实验的汤姆逊谱仪一般采用电场和磁场分离的方式，体积大，占用空间大，在瞄准时移动不便，体积过大给实验带来诸多困难；离子在电磁场偏转的坐标(x,y)的分辨率主要取决于准直孔形成的离子束横截面尺寸和在空间电荷力作用下的扩大。强激光加速质子产生的离子束能流密度大，为使质子能谱获得很好的空间分辨率，mm量级准直孔径将不再适用；在测量离子能谱时，汤姆逊谱仪的位置需要精确定位，通常情况下，需要另外搭建一条准直光路，用于确定谱仪位置，这将浪费大量人力物力。

实用新型内容

本实用新型针对传统汤姆逊质子谱仪测量百MeV质子需要的体积大、占用空间大，探测能流密度大的粒子流能谱分辨率低以及定位困难的情况，提供一种百MeV汤姆逊质子谱仪，能够测量具有高能量分辨率的高能质子及其他离子，且体积小巧，定位操作简单。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种百MeV汤姆逊质子谱仪，其特点在于，包括主体部分、束流孔、装配外壳、导流管、电源线、准直管和探测系统；

所述的主体部分由两块磁钢、两块电极板和两块绝缘板组成，两块磁钢互相平行放置，两块磁钢之间平行放置所述的两块电极板，两块电极板各接一条电源线，在两块电极板之间平行放置所述的两块绝缘板；

所述的装配外壳包裹所述的主体部分，且中间设有供所述的探测系统或准直管插入的开槽，该开槽的位置与所述的两块绝缘板之间的位置相对应；

所述的导流管固定在所述的装配外壳上，所述的束流孔安装在该导流管上，该导流管的位置与所述的开槽相对应，使入射离子束依次经过束流孔和导流管后入射到两块绝缘板之间，并被探测系统接收。

所述的束流孔的大小为25um或50um，前端置φ0.1mm纯钨钢屏蔽管，管长6mm、3mm、2mm或1mm。

所述的两块磁钢大小均为90*110mm，磁极间隙16mm，有效间隙8mm，间隙磁感应强度0.7T。

所述两块电极板大小均为90*70mm，电极板间距10mm。

所述两块绝缘板大小均为90*70mm，绝缘板间距8mm。

所述装配外壳为非磁性材料。

所述准直管位于本谱仪后端，与导流管位于一条中心线上，平行导流管放置，直径为φ3mm，适用于外径φ11激光笔。

所述探测系统由可拆卸探测器座和成像板组成，安装于距导流管出口100mm、110mm、120mm处，适用于安装70*8.5*0.6mm的IP(Image Plate)板。

本谱仪与其他现有技术相比，有以下技术效果：

本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪大小为166*146*164mm，体积更小，占用空间更小，磁场稳定、均匀度好。

本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪可将成像板放置于均匀磁场区域内，能谱结果更加符合实际情况。

本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪中激光笔准直管的应用，确定谱仪位置简单方便，易于操作。

可变束流孔大小，可以测量超强激光轰击靶面产生的能流密度大的质子束，且具有良好的能量分辨。

本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪在相同体积下可以实现比常规汤姆逊谱仪高3倍的能量测量，可测量质子能量范围0MeV-100MeV，成像板距导流管出口120mm、110mm、100mm时，能量100MeV附近的质子能谱分辨率分别优于1.5％、2％、3％。

附图说明

图1为本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪的左视图。

图2为本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪的前视图。

图3为本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪的俯视图。

图中：束流孔-1、装配外壳-2、导流管-3、两块磁钢-4、两块电极板-5、两块绝缘板-6、探测器座-7、成像板-8电源线-9、准直管-10。

具体实施方式

为便于理解上述百MeV汤姆逊质子谱仪的技术手段、工作环境、达到的目的与性能，下面结合附图和实施例，进行详细说明。

如图1所示，一种百MeV汤姆逊质子谱仪，包括主体部分、束流孔1、装配外壳2、导流管3、电源线9、准直管10和探测系统；所述的探测系统由探测器座7和成像板8组成，该成像板8固定在所述的探测器座7上。

所述的主体部分由两块磁钢4、两块电极板5和两块绝缘板6组成，两块磁钢4互相平行放置，两块磁钢4之间平行放置所述的两块电极板5，两块电极板5各接一条电源线9，在两块电极板5之间平行放置所述的两块绝缘板6；

所述的装配外壳2包裹所述的主体部分，且中间设有供所述的探测系统或准直管10插入的开槽，该开槽的位置与所述的两块绝缘板6之间的位置相对应；

所述的导流管3固定在所述的装配外壳2上，所述的束流孔1安装在该导流管3上，该导流管3的位置与所述的开槽相对应。

束流孔用于限制进入汤姆逊质子谱仪的离子束斑，从而确定质子能谱测量的谱分辨。本实用新型百MeV汤姆逊质子谱仪适用于强场领域，超短超强激光轰击靶面产生能流密度大的离子束，为保持良好的速度分辨，所述束流孔直径为25um-50um，纯钨钢屏蔽管长度分别为6mm,3mm,5mm,1mm。

离子束从导流管3飞出，即进入主体部分，主体部分由两块永磁铁、两块电极板、两块绝缘板组成。本实用新型质子谱仪采用磁场和电场叠加的方式，两块磁铁用以产生高强度、均匀分布的磁场，离子在均匀磁场中受洛伦兹力在水平方向发生偏转。本谱仪磁钢大小90*110mm，磁极间隙16mm，有效间隙8mm，磁场好场区90*50mm(其边界离磁钢边缘10mm)，磁感应强度0.7±5％T，磁均匀度优于3％。

两块电极板平行放置于两块磁钢中间，用于产生高压电场，使离子进入电场在竖直方向上发生偏转，偏转距离越大，能量分辨率越高。本谱仪两块电极板大小为90*70mm，电极板间距10mm。耐受电压10000V.

两块绝缘板平行放置于两块电极板中间，用于增大电极板耐压值。

两块磁钢，两块电极板，两块绝缘板左端平齐。

离子在主体部分发生水平和竖直两个方向的偏转后进入探测系统，被记录。

本实用新型汤姆逊谱仪探测系统由可拆卸的探测器座7和成像板8组成，探测器座前端粘贴成像板，适用成像板大小70*8.5*0.6mm，探测器座有三种长度分别距导流管出口100mm、110mm、120mm。距离导流管出口距离越长，离子飞行时间越长，能谱分辨越好。距导流管出口120mm能谱分辨率优于1.5％，110mm能谱分辨率优于2％，100mm能谱分辨率优于3％。在磁铁边缘部分，磁场迅速下降，磁场不在均匀，距导流管出口100mm的探测器座位于均匀磁场内。为保证计算准确又兼顾良好的能量分辨率，因此我们设计三种长度探测器座。

激光与等离子体相互作用的实验中，以常规TNSA加速为例，超强激光轰击靶面，在靶后法线产生百MeV质子束，质子束穿过RCF堆栈中心孔后，经过束流孔进入本谱仪。实验上，要精确放置谱仪位置，使从RCF堆栈中心孔水平飞出的离子准确进入汤姆逊谱仪诊断能谱。通常情况下为了确定谱仪位置，需要另外搭建准直光路。本实用新型汤姆逊谱仪后端设计准直管，准直管直径φ3mm，与导流管平齐，直径大小相同，适用于外径ф11激光笔，只需将激光笔装入准直定位管。再将准直激光头直接插入准直定位管中，开启电源开关，将激光对准RCF堆栈中心孔即可。只要注意激光头是否插入到底，而无需对激光头进行其它任何调整。准直结束后，将准直管拆下，插入探测器座即可。本实用新型汤姆逊谱仪节省大量人力物力，极大的提高了实验效率。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非限制本实用新型的保护范围，本实用新型可以做各种更改和变化，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

一种百MeV汤姆逊质子谱仪专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。