一种防溅射法拉第筒及其制备方法

1.本发明涉及带电粒子束流测量领域，尤其涉及一种防溅射法拉第筒及其制备方法


背景技术：

2.法拉第筒是测量带电粒子束流流强的一种基本装置，其目的在于通过拦截带电离子束并收集其电荷，进而实现对束流的流强测量。
3.现有法拉第筒的偏压电极和收集电极通过绝缘陶瓷相互绝缘并与大地绝缘。该技术的主要问题是绝缘陶瓷易受粒子束流本身及其产生的溅射束流的污染，致使偏压电极和收集电极之间的绝缘性能以及对地绝缘性能下降，导致偏压加载困难，同时束流强度测量不准确，这也是影响这种法拉第筒测量精度的主要瓶颈。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种防溅射法拉第筒不需要大面积绝缘陶瓷，偏压电极和收集电极之间以及与大地之间通过真空绝缘，仅有的一小部分陶瓷远离束流本身和溅射束流路径，因而能有效解决陶瓷污染问题。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.本发明的一方面提供了一种防溅射法拉第筒，包括：
7.偏压电极，所述偏压电极形成为两端开口的筒状，所述偏压电极的顶部形成有向外延伸的第一凸缘；
8.收集电极，所述收集电极形成为筒状，所述收集电极的顶端开口，底端封闭，所述收集电极的底部形成有向外延伸的第二凸缘，所述收集电极位于所述偏压电极的正下方，所述收集电极的顶端与所述偏压电极的底端之间隔开形成真空绝缘层；
9.光阑，所述光阑为筒状，所述光阑套设在所述偏压电极的外侧，所述偏压电极通过所述第一凸缘固定在所述光阑的内壁；
10.屏蔽筒，所述屏蔽筒的底端封闭，所述屏蔽筒套设在所述收集电极的外侧，所述收集电极通过所述第二电极固定在所述屏蔽筒的内壁，所述屏蔽筒的底部与所述收集电极的底端隔开。
11.进一步地，还包括支撑电极，所述支撑电极为筒状，所述支撑电极套设在所述偏压电极和收集电极的外侧，所述第一凸缘与所述支撑电极的顶部之间通过第一陶瓷隔开且固定连接，所述第二凸缘与所述支撑电极的底部之间通过第二陶瓷隔开且固定连接，所述支撑电极的顶部和底部分别固定安装在所述光阑和屏蔽筒的内侧。
12.进一步地，所述第一凸缘与所述支撑电极的顶部之间通过第一螺钉连接，所述第一螺钉穿过第一凸缘、所述第一陶瓷与所述支撑电极的顶部固定连接，所述第一陶瓷与所述真空绝缘层之间错开。
13.进一步地，所述第二凸缘与所述支撑电极的底部之间通过第二螺钉连接，所述第二螺钉穿过第二凸缘、所述第二陶瓷与所述支撑电极的底部固定连接，所述第二陶瓷与所
述真空绝缘层之间错开。
14.进一步地，所述支撑电极的底部与所述屏蔽筒之间通过第三螺栓固定连接，所述支撑电极的顶部与所述光阑之间通过第四螺栓固定连接，所述屏蔽筒的底部与所述收集电极的底端隔开。
15.进一步地，所述光阑的顶部形成有束流入射孔。
16.进一步地，所述偏压电极和收集电极均为无氧铜材料制成。
17.进一步地，所述支撑电极、光阑和屏蔽筒均为不锈钢材料制成。
18.进一步地，所述真空绝缘层之间的宽度为5mm，所述收集电极的底端与所述屏蔽筒之间间隔5mm。
19.本发明的另一方面还提供了一种所述的防溅射法拉第筒的制备方法，包括步骤：
20.将所述偏压电极通过所述第一陶瓷和第一螺钉固定安装在所述支撑电极的顶部；
21.将所述收集电极通过所述第二陶瓷和第二螺钉固定安装在所述支撑电极的底部，使所述偏压电极和收集电极之间隔开；
22.将所述屏蔽筒套设在所述收集电极外，且通过所述第三螺钉固定安装在所述支撑电极的底部，使所述屏蔽筒的底端与所述收集电极的底端隔开；
23.将所述光阑套设在所述偏压电极外，且通过所述第四螺钉固定安装在所述支撑电极的顶部。
24.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
25.本发明中的偏压电极和收集电极之间隔开形成真空绝缘层，通过真空绝缘使二者之间的绝缘电阻值高压100mω；收集电极与屏蔽筒之间隔开形成真空绝缘，使二者之间的绝缘电阻值高于100mω。
26.整个装置不需要大面积绝缘陶瓷，仅有的一小部分陶瓷远离束流本身和溅射束流路径，可以提高提高法拉第筒的测量精度，不需要常更换绝缘陶瓷，使得法拉第筒更加皮实耐用。
27.本发明所述的一种防溅射法拉第筒装置可应用在粒子束治癌领域，用于治疗开始前的束流调试。易操作、易维护、皮实耐用、测量精确使得该法拉第筒装置可以作为一种快速、准确的调束设备。
附图说明
28.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
29.图1是防溅射法拉第筒的结构示意图；
30.附图中各标记表示如下：
31.101-偏压电极、102-收集电极、103-支撑电极、104-光阑、105-屏蔽筒、201-第一陶瓷、202-第二陶瓷、301-第一螺钉、302-第二螺钉、303-第三螺钉、304-第四螺钉。
具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发
明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
33.本发明的实施例提供了一种防溅射法拉第筒，包括偏压电极、收集电极、光阑和屏蔽筒。所述偏压电极形成为两端开口的筒状，所述偏压电极的顶部形成有向外延伸的第一凸缘。所述收集电极形成为筒状，所述收集电极的顶端开口，底端封闭，所述收集电极的底部形成有向外延伸的第二凸缘，所述收集电极位于所述偏压电极的正下方，所述收集电极的顶端与所述偏压电极的底端之间隔开形成真空绝缘层。所述光阑为筒状，所述光阑套设在所述偏压电极的外侧，所述偏压电极通过所述第一凸缘固定在所述光阑的内壁。所述屏蔽筒的底端封闭，所述屏蔽筒套设在所述收集电极的外侧，所述收集电极通过所述第二电极固定在所述屏蔽筒的内壁，所述屏蔽筒的底部与所述收集电极的底端隔开。所述偏压电极和收集电极之间以及与大地之间通过真空绝缘，仅有的一小部分陶瓷远离束流本身和溅射束流路径，因而能有效解决陶瓷污染问题。
34.实施例1
35.如图1所示本发明的实施例1提供的防溅射法拉第筒，包括偏压电极101、收集电极102、光阑104和屏蔽筒105，所述偏压电极101通过加载偏压进而达到抑制二次电子的作用，最终使得流强测量值更准确；所述收集电极102用于阻挡并收集全部入射束流，并将电荷导出到数据采集设备；所述光阑104用于保护偏压电极101，防止束流直接轰击偏压电极101；所述屏蔽筒105用于隔离外界复杂电磁环境，确保测量值准确且噪声小。所述偏压电极101包括两端开口的筒状和顶部向外延伸的第一凸缘。所述第一凸缘的前后左右各设有一个第一螺纹孔。所述偏压电极101优选为无氧铜材料制成，所述偏压电极的内径60mm，第一凸缘的外径为80mm。
36.所述收集电极102形成为筒状，所述收集电极102的顶端开口，底端封闭，所述收集电极102的底部形成有向外延伸的第二凸缘，所述收集电极102位于所述偏压电极101的正下方，在安装时，所述收集电极102的顶端与所述偏压电极101的底端之间隔开形成真空绝缘层。所述真空绝缘层的宽度优选为5mm，所述收集电极102优选为无氧铜材料制成，所述收集电极102的内径60mm，所述第二凸缘的外径80mm。所述第二凸缘的前后左右各设有一个第二螺纹孔。
37.本发明中通过所述收集电极101的顶端与所述偏压电极102的底端之间隔开形成真空绝缘层，采用真空绝缘的方式，能够减小陶瓷的使用，避免陶瓷被溅射污染，提高对于束流的测量精度。
38.所述支撑电极103为筒状，所述支撑电极103套设在所述偏压电极101和收集电极102的外侧，所述第一凸缘与所述支撑电极103的顶部之间通过第一陶瓷201隔开且固定连接，所述第二凸缘与所述支撑电极103之间通过第二陶瓷隔202开且固定连接。所述支撑电极103的顶部和底部分别形成有向外延伸的第三凸缘和第四凸缘，该支撑电极103优选为不锈钢材料制成，所述支撑电极103的内径72mm，所述第三凸缘和第四凸缘的外径为80mm。所述偏压电极101通过第一螺钉301依次穿过所述第一螺纹孔和第一陶瓷201与所述第三凸缘固定连接。所述收集电极102通过第二螺钉302依次穿过所述第二螺纹孔与第二陶瓷202与所述第四凸缘固定连接，同时使偏压电极101的底部与收集电极102的顶部之间间隔5mm，形
成真空绝缘层，采用真空绝缘的方式，能够减小陶瓷的使用，避免陶瓷被溅射污染，提高对于束流的测量精度。
39.需要说明的是，所述第一凸缘与所述第三凸缘以及所述第一陶瓷201之间也并不限于使用螺钉固定连接，也可以是粘接或者是本领域熟知的其他的连接方式。
40.所述光阑104为筒状，所述光阑104套设在所述偏压电极101的外侧，所述光阑104的顶部设有入射孔，所述光阑104优选为不锈钢材料制成，束流入射孔内径50mm，筒内径85mm。所述光阑104的侧壁的前后左右均设设有一个螺纹孔。
41.所述屏蔽筒105的底端封闭，所述屏蔽筒105套设在所述收集电极102的外侧，所述收集电极102通过所述第二电极固定在所述屏蔽筒105的内壁，所述屏蔽筒105的底部与所述收集电极102的底端隔开，隔开的距离为5mm。所述屏蔽筒102优选为不锈钢材料制成，筒的内径85mm。所述支撑电极103的底部与所述屏蔽筒102之间通过第三螺钉303固定连接，所述支撑电极103的顶部与所述光阑104之间通过第四螺钉304固定连接，所述屏蔽筒105的底部与所述收集电极102的底端隔开。
42.本发明中的偏压电极101和收集电极102之间隔开形成真空绝缘层，通过真空绝缘使二者之间的绝缘电阻值高压100mω；收集电极102与屏蔽筒105之间隔开形成真空绝缘，使二者之间的绝缘电阻值高于100mω。
43.整个装置不需要大面积绝缘陶瓷，仅有的一小部分陶瓷，且陶瓷件远离束流本身和溅射束流路径，可以提高提高法拉第筒的测量精度，不需要常更换绝缘陶瓷，使得法拉第筒更加皮实耐用。
44.所述防溅射法拉第筒的制备方法，包括步骤：
45.将所述偏压电极101通过所述第一陶瓷201和第一螺钉固定安装在所述支撑电极103的顶部；
46.将所述收集电极102通过所述第二陶瓷202和第二螺钉固定安装在所述支撑电极103的底部，使所述偏压电极101和收集电极102之间隔开；
47.将所述屏蔽筒105套设在所述收集电极102外，且通过所述第三螺钉固定安装在所述支撑电极103的底部，使所述屏蔽筒105的底端与所述收集电极102的底端隔开；
48.将所述光阑104套设在所述偏压电极101外，且通过所述第四螺钉固定安装在所述支撑电极103的顶部。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。