一种离子束流自动测量系统及测量方法，将离子束流的四个参数（束流强度、发射度、能散度、单原子离子比）的测量探头有机集成在一个真空室中，用来测量离子束流的束流强度、发射度、能散度和单原子离子比。四个参数的测量探头是可运动的，其运动由步进电机驱动，并由计算机控制步进电机的运行、测量数据的采集与处理。本发明专利技术的优点在于：（1）可以在离子源稳定运行不停机的状态下完成对离子束流所有参数的测量；（2）减少了各个参数测量装置的安装与拆卸工序，降低对离子源和各参数测量装置的损坏，同时使测量过程方便、快速；（3）降低环境因素的影响，提高参数测量的精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是，涉及离子源、束流光学、离子注入技术、粒子加速器、核能等领域。
技术介绍
对于离子束流，对其束流强度、发射度、能散度和单原子离子比的测 量是具有很重要意义的。在离子源的研究中，离子束流的这些参数直接反映了离子源性能的好坏。离子注入技术是用能量为IOOkeV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能，在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用。在离子注入技术中，离子束流的这些参数也直接影响着离子注入的效果。在粒子加速器领域中，将离子的能量加速到一定量级，从而利用高能离子束进行基础研究或放射治疗。被加速的离子束，要求束流强度大、发射度低、能散度低、单原子离子比高。另外，在核能领域中，加速器驱动的次临界系统(ADS系统)是先进核能研究的一个重要方面，其中，氘离子束由离子源产生，经过加速器加速成高能氘离子束，最终打在旋转氚靶上，发生氘氚聚变反应，产生能量为14MeV量级的中子。现行的离子束流的测量方法，对于束流强度，有法拉第筒法、二次电子补偿法、直流束流变压器(DCCT)等。其中，DCCT法允许离子束流无截止通过，但价格昂贵，二次电子补偿法对材料制备要求较高，从经济适用角度考虑，目前测量非电子的离子束流的束流强度，一般采用法拉第筒法，其结构简单、造价低、适用范围广，且精度较高。对于发射度的测量，多采用缝丝法，用缝和丝分别获取单元束流的位置和发射角的信息。其分为多缝单丝法和单缝单丝法，其中多缝单丝法，结构较为简单，但是产生的多个单元束流之间会有相互影响，单缝单丝法能避开相邻束流间的相互影响，精确度较高，但是此方法既要对极板电压进行扫描，又要对截面位置进行扫描，故结构较为复杂，测量速度相对较慢。对于能散度的测量，有电场减速法和电场偏转法，其中电场偏转法测量精度更高。对于单原子离子比的测量，主要有电场偏转法和磁场偏转法，根据不同荷质比的粒子在电场或磁场中运动的轨迹不同，将一束离子束流中不同的粒子分开，从而测量其各种离子所占的比例。离子束流的束流强度、发射度、能散度和单原子离子比，都有相应的测量方法。但是，目前的技术中，对离子束流的束流强度、发射度、能散度和单原子离子比的测量均是由完全独立的系统完成的，没有一个集成的系统，用来测量离子束流的束流强度、发射度、能散度和单原子离子比。在某些情况下，对离子束流的这四个参数都非常关心，需要获取离子束流这四个参数的信息。但是，由于没有一个集成的系统，所以对每一个参数进行测量，都需要先将离子源装置与该参数的测量装置通过接口法兰连接，还要保证束流所经过空间维持一定的真空度。要进行另一参数的测量，需要先停闭离子源系统，并将先前的测量装置拆卸，再安装此参数的测量装置。此种测量方法，由于需要多次的安装与拆卸、离子源系统的关闭与启动，费时、费力、对离子源和参数测量装置的损耗较大，同时影响了离子源系统的稳定性。所以，一种可以在离子源稳定运行不停机的状态下完成对离子源离子束流所有参数的测量的系统是必要的。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服 现有技术的不足，提供一种离子束流的参数测量系统，该系统具有操作方便、测量速度快、测量精度高、利于设备的维护等特点。本专利技术的技术解决方案一种离子束流自动测量系统，包括离子源系统I、接口法兰2、真空室3、束流强度测量探头4、发射度测量探头5、能散度测量探头6、单原子离子比测量探头7、束流截止装置8、第一步进电机驱动装置9、第二步进电机驱动装置16、第一步进电机10、第二步进电机12、第三步进电机17、第四步进电机21、第一扫描电场电源14、第二扫描电场电源19、扫描磁场电源23、第一 A/D卡11、第二 A/D卡15、第三A/D卡20、第四A/D卡24、第五A/D卡25、第一 D/A卡13、第二 D/A卡18、第三D/A卡22和计算机26 ；离子束流从离子源系统I引出后，由连接真空室3的接口法兰2进入真空室3，真空室3中在束流线的两侧安装了束流强度测量探头4、发射度测量探头5、能散度测量探头6和单原子离子比测量探头7，在真空室3中分别单独完成对离子束流的束流强度、发射度、能散度、单原子离子比的自动测量；计算机26通过第一步进电机驱动装置9和第一步进电机10控制束流强度测量探头4进入和撤离束流线，束流强度测量探头4得到的电流信号通过第一A/D卡11转换成数字信号传输到计算机26中，计算机26对此信号进行滤波与成形处理并予以显示；计算机26通过第一步进电机驱动装置9和第二步进电机12控制发射度测量探头5进入和撤离束流线，计算机26发出的数字指令由第一 D/A卡13转换成模拟信号后，控制第一扫描电场电源14对发射度测量探头5中扫描电场的电压进行扫描,发射度测量探头5得到的电流信号、束流位置信号和第一扫描电场电源14得到的电压信号通过第二 A/D卡15转换成数字信号输入到计算机26，计算机26进行发射度计算，并将计算结果予以显示；计算26通过第二步进电机驱动装置16和第三步进电机17控制能散度测量探头6进入和撤离束流线，计算机26发出的数字指令由第二 D/A卡18转换成模拟信号后，控制第二扫描电场电源19对能散度测量探头6中扫描电场的电压进行扫描，能散度测量探头6的电流信号以及第二扫描电场电源19输出的电压信号通过第三A/D卡20转换成数字信号后传输到计算机26，计算机26进行能散度计算，并将计算结果予以显示；计算机26通过第二步进电机驱动装置16和第四步进电机21控制单原子离子比测量探头7进入和撤离束流线，计算机26发出的数字指令由第三D/A卡22转换成模拟信号后，控制扫描磁场电源23对单原子离子比测量探头7中磁场的场强进行扫描，单原子离子比测量探头7得到的电流信号以及扫描磁场电源23输出的电压信号通过第四A/D卡24转换成数字信号传输到计算机26，计算机26计算单原子离子比，并将计算结果予以显示；束流截止装置8中的电流信号经第五A/D卡25转换成数字信号传输到计算机26中，计算机26对此信号进行滤波与成形处理并予以显示，由显示的波形的稳定性判断束流是否达到稳定状态。本专利技术中的一种离子束流自动测量系统，由于束流强度测量探头4、发射度测量探头5、能散度测量探头6、单原子离子比测量探头7散热能力的限制，所述离子束流的能量应低于200keV,离子束流强度低于180mA。本专利技术中一种离子束流自动测量系统的工作流程测量方法如下第一步，将离子源系统I通过连接法兰2与真空室3连接；第二步，测量离子束流的束流强度通过计算机26向第一步进电机驱动装置9发出指令，控制第一步进电机10，将束流强度测量探头4移动到束流线上，束流强度测量探头4得到的电流信号通过第一 A/D卡11转换成数字信号传输到计算机26中，计算机26对此信号进行滤波与成形处理并予以显示；测量完毕后，第一控制步进电机10将束流强度测量探头4还原到束流强度测量探头4的初始位置；第三步，测量离子束流的发射度通过计算机26向第一步进电机驱动装置9发出指令，控制第二步进电机12，将发射度测量探头5移动到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种离子束流自动测量系统，其特征在于包括：离子源系统（1）、接口法兰（2）、真空室（3）、束流强度测量探头（4）、发射度测量探头（5）、能散度测量探头（6）、单原子离子比测量探头（7）、束流截止装置（8）、第一步进电机驱动装置（9）、第二步进电机驱动装置（16）、第一步进电机（10）、第二步进电机（12）、第三步进电机（17）、第四步进电机（21）、第一扫描电场电源（14）、第二扫描电场电源（19）、扫描磁场电源（23）、第一A/D卡（11）、第二A/D卡（15）、第三A/D卡（20）、第四A/D卡（24）、第五A/D卡（25）、第一D/A卡（13）、第二D/A卡（18）、第三D/A卡（22）和计算机（26）；离子束流从离子源系统（1）引出后，由连接真空室（3）的接口法兰（2）进入真空室（3），真空室（3）中在束流线的两侧安装了束流强度测量探头（4）、发射度测量探头（5）、能散度测量探头（6）和单原子离子比测量探头（7），在真空室（3）中分别单独完成对离子束流的束流强度、发射度、能散度、单原子离子比的自动测量；计算机（26）通过第一步进电机驱动装置（9）和第一步进电机（10）控制束流强度测量探头（4）进入和撤离束流线，束流强度测量探头（4）得到的电流信号通过第一A/D卡（11）转换成数字信号传输到计算机（26）中，计算机（26）对此信号进行滤波与成形处理并予以显示；计算机（26）通过第一步进电机驱动装置（9）和第二步进电机（12）控制发射度测量探头（5）进入和撤离束流线，计算机（26）发出的数字指令由第一D/A卡（13）转换成模拟信号后，控制第一扫描电场电源（14）对发射度测量探头（5）中扫描电场的电压进行扫描，发射度测量探头（5）得到的电流信号、束流位置信号和第一扫描电场电源（14）得到的电压信号通过第二A/D卡（15）转换成数字信号输入到计算机（26），计算机（26）进行发射度计算，并将计算结果予以显示；计算机（26）通过第二步进电机驱动装置（16）和第三步进电机（17）控制能散度测量探头（6）进入和撤离束流线，计算机（26）发出的数字指令由第二D/A卡（18）转换成模拟信号后，控制第二扫描电场电源（19）对能散度测量探头（6）中扫描电场的电压进行扫描，能散度测量探头（6）的电流信号以及第二扫描电场电源（19）输出的电压信号通过第三A/D卡（20）转换成数字信号后传输到计算机（26），计算机（26）进行能散度计算，并将计算结果予以显示；计算机（26）通过第二步进电机驱动装置（16）和第四步进电机（21）控制单原子离子比测量探头（7）进入和撤离束流线，计算机（26）发出的数字指令由第三D/A卡（22）转换成模拟信号后，控制扫描磁场电源（23）对单原子离子比测量探头（7）中磁场的场强进行扫描，单原子离子比测量探头（7）得到的电流信号以及扫描磁场电源（23）输出的电压信号通过第四A/D卡（24）转换成数字信号传输到计算 机（26），计算机（26）计算单原子离子比，并将计算结果予以显示；束流截止装置（8）中的电流信号经第A/D卡（25）转换成数字信号传输到计算机（26）中，计算机（26）对此信号进行滤波与成形处理并予以显示，由显示的波形的稳定性判断束流是否达到稳定状态。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学勇，宋逢泉，祝庆军，廖燕飞，宋钢，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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