一种带电粒子去除装置的制作方法

1.本实用新型属于带电粒子去除技术领域，涉及一种带电粒子去除装置。


背景技术：

2.在普通的光学相机上设置滤镜，可以去除特定颜色的光。与之类似，在研究x射线、伽马射线的实验中，需要在射线进入谱仪之前去除带电粒子。
3.目前，在实验过程中，技术人员大都采用与射线垂直的电磁场或永磁场去除带电粒子，该方式体积较大，占用了较大的实验场地，并且成本较高，限制了其应用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种带电粒子去除装置，该装置提供的磁场仅局限在射线束大小的范围内，并能够高效去除带电粒子。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种带电粒子去除装置，该装置包括磁环组件、设置在磁环组件外侧的外壳以及设置在磁环组件内侧的粒子吸收层，该粒子吸收层呈圆筒状，并且所述的粒子吸收层的一端设有带电粒子入口，所述的磁环组件在粒子吸收层内腔中的磁场方向与粒子吸收层的中心轴相垂直。
7.进一步地，所述的磁环组件为采用halbach阵列结构的磁环。
8.进一步地，所述的磁环包括2个磁极，每个磁极包括多个永磁体，相邻永磁体的侧面相连。
9.进一步地，所述的粒子吸收层的内侧相对设有两个探测器，并且两个探测器的中心连线与磁环组件在粒子吸收层内腔中的磁场方向相垂直。
10.或者，所述的磁环组件包括上半磁环及下半磁环。
11.进一步地，所述的上半磁环与下半磁环相分隔。
12.进一步地，所述的上半磁环与下半磁环之间对称设有两个粒子飞出通道，每个粒子飞出通道内均设有一个探测器，两个粒子飞出通道内的探测器相对设置，并且两个探测器的中心连线与磁环组件在粒子吸收层内腔中的磁场方向相垂直。
13.进一步地，所述的外壳的径向截面呈圆形或椭圆形。
14.进一步地，所述的外壳的端部设有接头，该接头与带电粒子入口分别位于粒子吸收的两端。
15.或者，所述的外壳上开设有固定孔。
16.本实用新型中，各主要部件的作用为：
17.磁环组件：用于提供垂直于带电粒子初始运动方向的磁场。带电粒子在该磁场中运动，受洛伦兹力的作用，发生偏转，使带电粒子全部偏离原来的运动方向，达到去除带电粒子的目的，进而避免带电粒子对实验结果的干扰。
18.外壳：用于支撑磁环组件及粒子吸收层、屏蔽外部干扰、固定装置形状。
19.粒子吸收层：用于吸收因受磁场作用而偏离并撞击过来的带电粒子，避免带电粒子的直穿散射产生的干扰。
20.接头：用于可靠连接装置与谱仪。
21.本实用新型的工作原理为：运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力的作用，其运动方向会发生改变。本实用新型就是要提供这样的磁场，使进入粒子吸收层内腔中的所有带电粒子都撞向装置的内壁，并被粒子吸收层吸收。而能穿过粒子吸收层内腔的只有x射线或伽马射线，因而避免了带电粒子对实验的干扰。其中，带电粒子q在磁场b中以速度v运动，所受的洛伦兹力f＝qvb
×
sin(v,b)，从因子sin(v,b)可知，如果v丄b，则带电粒子所受的洛伦兹力最大。因此，本实用新型中，磁环组件在粒子吸收层内腔中的磁场方向与粒子吸收层的中心轴(即带电粒子的初始运动方向)相垂直。此外，磁场的大小应考虑带电粒子的电量、速度v、粒子吸收层的孔径和高度等。
22.与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
23.1)装置提供的磁场仅局限在射线束大小的范围内，体积和重量比传统的平行永磁场小很多，因而可以减少实验场地和设备成本。
24.2)装置除了提供永磁场外，还设置了用于吸收带电粒子的粒子吸收层作为内衬，避免了带电粒子撞击磁环组件内壁产生荧光干扰实验结果。
25.3)通过设置探测器，可在去除带电粒子的同时进行带电粒子能谱的高分辨测量，拓展应用范围。
附图说明
26.图1为实施例1中装置的轴向剖视结构示意图；
27.图2为实施例1中磁环组件的磁性排列结构示意图；
28.图3为实施例2中装置的轴向剖视结构示意图；
29.图4为实施例2中磁环组件的磁性排列结构示意图；
30.图5为实施例3中磁环组件的磁性排列结构示意图；
31.图中标记说明：
32.1—磁环组件、101—上半磁环、102—下半磁环、103—粒子飞出通道、2—外壳、3—粒子吸收层、4—接头、5—探测器、6—带电粒子入口、7—固定孔。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
34.本实用新型提供了一种带电粒子去除装置，该装置包括磁环组件1、设置在磁环组件1外侧的外壳2以及设置在磁环组件1内侧的粒子吸收层3，该粒子吸收层3呈圆筒状，并且粒子吸收层3的一端设有带电粒子入口6，磁环组件1在粒子吸收层3内腔中的磁场方向与粒子吸收层3的中心轴相垂直。
35.作为可选的技术方案，磁环组件1为采用halbach阵列结构的磁环。磁环包括2个磁极，每个磁极包括多个永磁体，相邻永磁体的侧面相连。
36.进一步地，可在粒子吸收层3的内侧相对设置两个探测器5，并且两个探测器5的中心连线与磁环组件1在粒子吸收层3内腔中的磁场方向相垂直。
37.作为另一种可选的技术方案，磁环组件1包括上半磁环101及下半磁环102。上半磁环101与下半磁环102相分隔。上半磁环101与下半磁环102之间对称设有两个粒子飞出通道103，每个粒子飞出通道103内均设有一个探测器5，两个粒子飞出通道103内的探测器5相对设置，并且两个探测器5的中心连线与磁环组件1在粒子吸收层3内腔中的磁场方向相垂直。
38.外壳2的径向截面呈圆形或椭圆形。外壳2的端部设有接头4，该接头4与带电粒子入口6分别位于粒子吸收层3的两端。或者，直接在外壳2上开设有固定孔7，而不再设置接头4。
39.实施例1：
40.本实施例中，如图1、图2所示，磁环组件1采用2极的halbach阵列，永磁体总数为8，其永磁体的磁性排列如图2所示。外壳2直径为25mm，粒子吸收层3内径为13mm，粒子吸收层3厚度为1.5mm，磁环组件1的轴向长度为20mm，在直径为13mm的整个有效面积上，磁感应强度b＞0.2t。本实施例可以实现使带电粒子全部偏离原来的运动方向，撞向粒子吸收层3的内壁，并被粒子吸收层3吸收，避免带电粒子对实验结果干扰。
41.实施例2：
42.本实施例中，如图3、图4所示，磁环组件1采用2极的halbach阵列，永磁体总数为12。其永磁体的磁性排列如图4所示。外壳2直径为60mm、粒子吸收层3内径为30mm、粒子吸收层3厚度为1.5mm、磁环组件1的轴向长度为50mm，在直径为30mm的整个有效面积上，磁感应强度b＞0.23t。另外，在粒子吸收层3内关于中心磁力线对称的两侧增加了两块探测器5，不但可以实现使带电粒子全部偏离原来的运动方向，避免带电粒子对实验结果的干扰的效果，还可以获取带正、负电荷的粒子信息。
43.因此，本实施例不但实现了去除带电粒子的功能，排除带电粒子对实验结果的干扰，还获得了带正、负电荷的粒子信息。
44.实施例3：
45.本实施例为装置在高能实验中的应用——去除带电粒子 带电粒子能谱的高分辨测量。
46.在高能实验中，要全部去除带电的高能粒子本身就不容易，而且，若还要进一步得到清晰的正负带电粒子信息，则更加困难。
47.本实施例采用传统的两极磁性结构，如图5所示，为了在磁环组件1的外侧安装探测器5，需要把磁环组件1分成两个半磁环，中间分开处形成粒子飞出通道103，并将探测器5放置在粒子飞出通道103的底部。外壳2采用有一定厚度的导磁材料制作，外形可以是圆的，也可以是椭圆的。考虑减轻重量，本实施例外壳2选为椭圆形，并在上面开设固定孔7，用于和谱仪固定，并省去接头4。在磁环组件1内侧保留粒子吸收层3，但该粒子吸收层3不能阻挡带电粒子从粒子飞出通道103飞出，因此在粒子吸收层3与粒子飞出通道103相连处要开设缺口进行避让。本实施例在磁环组件1壁厚小于100mm、粒子吸收层3内径小于45mm时，粒子吸收层3内腔的磁感应强度b可达到1.8t。本实施例可在去除带电粒子的同时进行带电粒子能谱的高分辨测量，拓展了应用范围。
48.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用
新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。