一种粒子速度甄别器及甄别方法与流程

1.本发明属于粒子探测技术领域，具体涉及一种粒子速度甄别器及其甄别方法。


背景技术：

2.人类对物质世界的认识不断演化，归功于实验和理论的相互促进，归功于粒子加速器和粒子探测器的不断建造和发展。粒子探测技术除了用在研究物质结构的物理学上，在国民经济领域也有相当多的应用，例如核电厂中通过测量核反应堆中子通量来测定反应堆功率、医学上通过同位素示踪法测量人体生理指标等。
3.在研究聚变装置产生的高温等离子体时，可通过测量和分析等离子发射的各种粒子来推断等离子参数。从等离子体中泄漏的粒子包括离子、电子、中性粒子、中子、光子等等。在探测研究某种粒子时(比如高能粒子)，如果没有粒子甄别装置，这些粒子都会进入探测器，难以排除非目标粒子的影响，从而造成数据分析的困难和结果的可靠性。因此在进行某种粒子的探测研究中，需要一种按粒子按特性分辨出目标粒子的设备，以减少或排除其他粒子的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种粒子速度甄别器及甄别方法，利用两个同轴旋转的狭缝对不同速度的粒子进行甄别。通过第一个狭缝的粒子流中，仅满足特定速度的粒子可通过第二个狭缝，这样就完成了对特定速度粒子的甄别。
5.本发明的技术方案如下：一种粒子速度甄别器，包括入射狭缝，出射狭缝，光阑，磁悬浮轴承，转轴和探测器，所述的转轴的两端分别安装有磁悬浮轴承，其中一端外侧设置有探测器。
6.沿着转轴的轴线方向依次设置有出射狭缝、入射狭缝和光阑。
7.所述的入射狭缝与出射狭缝之间的间距为l。
8.所述的入射狭缝与出射狭缝之间的夹角为θ。
9.一种粒子速度甄别方法，包括如下步骤：
10.步骤1：调节入射狭缝与出射狭缝之间的间距l，夹角θ，设定转轴的转速ω，使根据公式计算出的粒子速度v符合使用方的需求；
11.步骤2：将粒子速度甄别器放置于待甄别粒子群的前进方向上；
12.步骤3：启动粒子速度甄别器，使转轴高速旋转，同时启动探测器电源；
13.步骤4：探测器接收到速度为v的粒子，并对外输出信号，完成对待甄别粒子群中速度为v的粒子的甄别。
14.所述的步骤2中转轴和粒子前进方向平行，光阑面向粒子群前进的方向。
15.本发明的有益效果在于：可甄别特定速度的粒子，减少或排除非目标粒子对信号的影响。特别是甄别中性粒子时，无需预先对中性粒子进行离子化，降低了系统的复杂程
度。通过调节转速ω、狭缝间距l、狭缝之间的夹角θ，即可甄别不同速度的粒子。
附图说明
16.图1为本发明所提供的一种粒子速度甄别器各部件位于0时刻的原理图；
17.图2为本发明所提供的一种粒子速度甄别器各部件位于t0时刻的原理图；
18.图3为本发明所提供的一种粒子速度甄别器各部件位于t时刻的原理图。
19.图中，1入射狭缝，2出射狭缝，3光阑，4磁悬浮轴承，5转轴，6探测器。
具体实施方式
20.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
21.在聚变等离子体中射出的各种粒子具有不同的速度，可以利用这个特点将目标粒子(比如高能粒子)甄别出来，从而减少或排除其他粒子的影响，增大实验结果的可靠性。本发明所提供的粒子速度甄别器就是根据上述特点甄别不同速度的粒子。
22.本发明提供的一种粒子速度甄别器，即粒子速度甄别器，可以将特定速度的粒子甄别出来。本发明采用的方式是：利用两个同轴旋转、间隔一定距离、相互之间成一定角度的狭缝，使通过第一个狭缝后的特定速度的粒子运动一定距离后，恰好通过第二个狭缝，这样就完成了对特定速度粒子的筛选。调节转速、狭缝间距、两狭缝之间的夹角，即可甄别不同速度的粒子。
23.利用本发明提供的粒子速度甄别器的一种粒子速度甄别方法，包括如下步骤
24.步骤1：调节入射狭缝1与出射狭缝2之间的间距l，夹角θ，在控制系统中设定转轴的转速ω，使根据公式计算出的粒子速度v符合使用方的需求。
25.步骤2：将粒子速度甄别器放置于待甄别粒子群的前进方向上，转轴和粒子前进方向平行，光阑面向粒子群前进的方向。
26.步骤3：启动粒子速度甄别器，使转轴高速旋转，同时启动探测器电源。
27.步骤4：探测器接收到速度为v的粒子，并对外输出信号，即完成了对待甄别粒子群中速度为v的粒子的甄别。
28.如图1-3所示，一种粒子速度甄别器包括入射狭缝1，出射狭缝2，光阑3，磁悬浮轴承4，转轴5和探测器6，所述的转轴5的两端分别安装有磁悬浮轴承4，其中一端外侧设置有探测器6，沿着转轴5的轴线方向依次设置有出射狭缝2、入射狭缝1和光阑3。入射狭缝1与出射狭缝2之间的间距为l，夹角为θ；
29.如图1所示：在0时刻，从粒子源发射的粒子群通过光阑3后到达入射狭缝1，此时固定在转轴5上的入射狭缝1和出射狭缝2以角速度ω逆时针旋转，入射狭缝1处于竖直状态，出射狭缝2还未转到竖直状态，和入射狭缝之间夹角为θ。
30.如图2所示：经过时间t0后，粒子a、b、c均进入入射狭缝1和出射狭缝2之间的空间。粒子a速度最快，已到达出射狭缝支撑件处，但因出射狭缝2还未转到竖直方向，被出射狭缝支撑件阻挡，不能通过出射狭缝到达探测器6。粒子b和c仍以各自通过入射狭缝时的速度向出射狭缝支撑件方向运动。
31.如图3所示：经过时间t后，此时出射狭缝2已到达竖直位置，通过入射狭缝1时速度
为v的粒子b正好到达出射狭缝2，可穿过出射狭缝2进入探测器6。此时粒子a已经被出射狭缝支撑件反射后向入射狭缝1方向运动，粒子c还未到达出射狭缝支撑件。这样就完成了对通过入射狭缝1的粒子a、b、c中速度为v的粒子b的甄别。
32.粒子速度甄别器的核心包括入射狭缝1、出射狭缝2、转轴5、磁悬浮轴承4。入射狭缝1及出射狭缝2均通过相应的支撑件固定在转轴5上，转轴5由磁悬浮轴承4支撑。入射狭缝1和出射狭缝2间距为l，夹角为θ，转轴转速为ω。
33.入射粒子群到达光阑3时，仅速度方向平行于转轴轴线的粒子才可通过，光阑3起准直作用。
34.通过光阑的粒子(原理图中的a、b、c)，在入射狭缝1转动到和光阑3夹角为0度时，可通过入射狭缝1进入入射狭缝1和出射狭缝2之间的速度甄别区间。
35.经过时间t0后，入射狭缝1和出射狭缝2均转过θ0度角，此时速度最快的粒子a在经过路程l后已到达出射狭缝2支撑件处，但因出射狭缝2还未转到竖直位置，粒子a不能通过出射狭缝2，被出射狭缝支撑件遮挡。粒子b和粒子c还未到达出射狭缝支撑件处，在速度甄别区间中以各自通过入射狭缝时的速度向出射狭缝支撑件运动。
36.经过时间t后，出射狭缝2和光阑3夹角为0度，粒子b恰好到达出射狭缝2处，粒子a已经被出射狭缝支撑件反弹，向入射狭缝支撑件运动，粒子c还未到达出射狭缝支撑件，仍以通过入射狭缝1时的速度向出射狭缝支撑件运动。出射狭缝2转过的角度θ＝ωt，速度为v的粒子b经过的路程l＝vt，两式联立消去t，可知恰好通过出射狭缝2可被探测器6接收到的粒子b速度为(低于此速度或高于此速度的粒子均会被出射狭缝支撑件挡住而无法进入探测器)。
37.以上即为粒子速度甄别器的原理，若取l＝1m，ω＝1
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104r/min，θ＝30，可计算出能被甄别器甄别出的粒子速度为v＝2
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103m/s。