《一種同位素譜線掃描裝置及方法》是中國原子能科學研究院於2016年10月18日申請的專利，該專利的公布號為CN106547012A，授權公布日為2017年3月29日，發明人是任秀艷、曾自強、李公亮、張慧。
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》屬於同位素電磁分離器技術領域，具體涉及一種同位素譜線掃描裝置及方法。其中掃描裝置設定在同位素電磁分離器的真空環境內，包括法拉第筒製成的探頭，探頭能夠探測同位素電磁分離器分離後離子束的電流信號，探頭設定在探頭板上，探頭板設定在同位素電磁分離器中的接收器上，還包括設定在接收器上的能夠使探頭板做三維移動的機械傳動機構，還包括與探頭相連的電子線路，以及同電子線路相連的數據處理系統，數據處理系統能夠採集、顯示、記錄探頭的空間位置信號和離子束的電流信號。採用該發明提供的同位素譜線掃描裝置及方法，能夠對離子束的聚焦平面上的束流密度的橫向分布進行準確的測量，為接收器上的就接收口袋提供準確的接受位置信息。
2020年7月14日，《一種同位素譜線掃描裝置及方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種同位素譜線掃描裝置及方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種同位素譜線掃描裝置及方法
- 申請人：中國原子能科學研究院
- 申請日：2016年10月18日
- 申請號：2016109057409
- 公布號：CN106547012A
- 公布日：2017年3月29日
- 發明人：任秀艷、曾自強、李公亮、張慧
- 地址：北京市房山區新鎮北坊三強路1號院
- Int. Cl.：G01T1/29(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
電磁分離方法在同位素分離領域具有不可或缺的地位，電磁分離法是利用能量相同、質量不同的離子在橫向磁場中旋轉半徑不同實現同位素分離的。同位素電磁分離器就是採用電磁分離方法分離得到同位素的設備。
在同位素電磁分離器中，離子源通過三電極引出系統引出離子束後，經過磁場偏轉，離子束中不同質量的同位素會匯聚在聚焦面的不同空間位置而實現分離，該現象稱為色散。色散距離越大，越有利於同位素的分離。譜線掃瞄器用於測量離子束在經過分離磁鐵後的分離與聚焦狀況，並用於尋找最佳的聚焦面，以便同位素電磁分離器中的接收連雄戰器上的接收口袋能夠對準最佳的聚焦面，從而更好的收集分離後的同位素。
譜線的測量是關於聚焦平面上離子束內束流密度的橫向分布。2016年前，對於強流離子束束流的測量手段有束流變壓器（BCT）、直流流強變壓器（DCCT）、壁電流探頭（WCM）、法拉第筒等方法。除了法拉第筒以外，其他的測量方法是通過束流產生的磁通量來獲得束流的大小，可以避免探頭與束流的直接接觸，在加速器領域都有較多的套用。然而，譜線掃瞄器需要測量束流密度的空間分布酷酷奔，在這些探測裝置中，只迎挨求膠有法拉第筒能夠掃描束流獲得束流密度的分布。
法拉第筒一般是用金屬做成杯狀或同軸喇叭狀，把束流全部阻擋，利用電流表海境定可測到直流束流強度或脈衝束流的平均值。為了降低軔致輻射對測量結鞏槳果的影響，一般選擇原子序數較院希習低的材料如鋁、銅等。另外為了減小二次電子對信號的污染，常常加負高壓來防止二次電子的逃逸。不過，在電磁分離器中，由於存在強磁場，二次電子往往被束縛住，不需要加負高壓。
發明內容
專利目的
同位素電磁分離器分離後的同位素的離子束要全部收集起來，就需要對離子束的聚焦平面上的束流密度的橫向分布進行測量，以便接收器（接收分離後的同位素的離子束的裝置）能夠對準最佳的聚焦面。《一種同位素譜線掃描裝置及方法》的目的就是提供一種採用法拉第筒測量直流束的束流密度分布的譜線掃描裝置，能夠測量的束流空間達240毫米×240毫米×240毫米。從而實現接收器在進行接收之前，離子束的位置與接收器上相應的接收口袋位置對準，保證同位素豐度。
技術方案
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》採用的技術方案是一種同位素譜線掃描裝置，設定在同位素電磁分離器中的真空環境內，包括法拉第筒製成的探頭，所述探頭能夠探測所述同位素電磁分離器分離後的離子束的電流信號，其中所述探頭設定在探頭板上，所述探頭板設定在所述同位素電磁分離器中的接收器的框架上，還包括設定在所述接收器上的能夠使所述探頭板做三維移動的機械傳動機構，還包括與所述探頭相連的電子線路，以及同所述電子線路相連的數據處理系統，所述數據處理系統能夠採集、顯示、記錄所述探頭的空間位置信號和所述離子束的電流信號。
進一步，所述探頭不止一個，直線分布在所述探頭板上，間距20毫米，所述電子線路與所述探頭一一對應。
進一步，所述探頭所採用的所述法拉第筒的直徑為船船斷戒1毫米。
進一步，所述機械傳動機構能夠提供所述探頭板的三位移動空間的範圍為240毫米×240毫米×240毫米，三維移動空間的三維坐標包括X軸、Y軸、Z軸。
進一步，所述探頭板能夠在所述框架上做與所述X軸成43°角的直線移動。
進一步，所述機械傳動機構包括能夠帶動所述框架及所述探頭板前後運動的滑動軸，相互連線的前後運動驅動步進電機和前後運動驅動絲槓，所述前後運動驅動步進電機和前後運動驅動絲槓用於控制所述滑動軸的前後運動；
還包括互相連線的皮帶輪傳動結構和探頭掃描運動絲槓；
還包括通過傳動軸與所述皮帶輪傳動結構相連的掃描探頭驅動步進電機，所述掃描探頭驅動步進電機用於驅動探頭掃描運動絲槓使所述探頭板能夠在所述框架上做與所述X軸成43°角的直線移動。
進一步，所述傳動軸沿所述滑動軸的軸向貫穿所述滑動軸。
更進一步，所述滑動軸、傳動軸通過O型橡膠圈來實現動態密封。
為達到以上目的，該發明還公開了一種用於以上所述裝置的同位素譜線掃描方法，包括以下步驟：
步驟（S1），選取一個Z＝0的平面，在所述離子束附近選擇一個初始位置點A，A點坐標為（XA，YA）；
步驟（S2），使所述探頭沿與X軸成43°角的直線移動到點B，B點坐標為（XB，YB），通過並掃描所述離子束，並同步輸出所述探頭的空間位置信號和所述離子束的電流信號；
步驟（S3），調整始位置點為A1至An，A1點坐標為（XA，YA1），An點坐標為（XA，YAn），每個點均重複步驟1、步驟2，完成Z＝0的平面的測量；
步驟（S4），按照步驟（S1）～步驟（S3），完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量；
步驟（S5），所述數據處理系統根據所述空間位置信號和所述離子束的電流信號獲得所述離子束的空間分布圖像，取峰高的1/2處為所述離子束的寬度b，b最小處所對應的空間位置就是所述離子束的聚焦處。
有益效果
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》的有益效果在於：
1.探頭所採用的法拉第筒直徑為1毫米，提高了測量的準確性。
2.設定多個探頭，可以一次測量多組數據，解決了因為離子束的束流不穩定性導致的測量結果的不確定性。
3.掃描行程達到240毫米，適用於聚焦面較寬的情況下的測量，即能夠測量10％高度的束流密度高斯分布達到150毫米的情況。
附圖說明
圖1是《一種同位素譜線掃描裝置及方法》具體實施方式中設定有所述同位素譜線掃描裝置的接收器的示意圖；
圖2是該發明具體實施方式中所述同位素譜線掃描裝置在接收器上的安裝示意圖；
圖3是該發明具體實施方式中設定有所述同位素譜線掃描裝置的接收器的剖視圖；
圖4是該發明具體實施方式中所述探頭板的前視圖；
圖5是該發明具體實施方式中所述探頭板的側視圖；
圖6是該發明具體實施方式中所述銣元素同位素譜線掃描方法示意圖；
圖7是該發明具體實施方式中所述銣元素同位素的離子束所產生的電流信號示意圖；
圖中：1-掃描探頭驅動步進電機，2-皮帶輪傳動結構，3-探頭掃描運動絲槓，4-滑動軸，5-前後運動驅動步進電機，6-前後運動驅動絲槓，7-連線法蘭，8-框架，9-傳動桿，10-探頭板，11-探頭，12-固定螺釘，13-真空室壁，14-傳動軸。
技術領域
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》屬於同位素電磁分離器技術領域，具體涉及一種同位素譜線掃描裝置及方法。
權利要求
1.一種同位素譜線掃描裝置，設定在同位素電磁分離器中的真空環境內，包括法拉第筒製成的探頭（11），所述探頭（11）能夠探測所述同位素電磁分離器分離後的離子束的電流信號，其特徵是：所述探頭（11）設定在探頭板（10）上，所述探頭板（10）設定在所述同位素電磁分離器中的接收器的框架（8）上，還包括設定在所述接收器上的能夠使所述探頭板（10）做三維移動的機械傳動機構，還包括與所述探頭（11）相連的電子線路，以及同所述電子線路相連的數據處理系統，所述數據處理系統能夠採集、顯示、記錄所述探頭（11）的空間位置信號和所述離子束的電流信號。
2.如權利要求1所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述探頭（11）不止一個，直線分布在所述探頭板（10）上，間距20毫米，所述電子線路與所述探頭（11）一一對應。
3.如權利要求2所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述探頭（11）所採用的所述法拉第筒的直徑為1毫米。
4.如權利要求1所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述機械傳動機構能夠提供所述探頭板（10）的三位移動空間的範圍為240毫米×240毫米×240毫米，三維移動空間的三維坐標包括X軸、Y軸、Z軸。
5.如權利要求4所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述探頭板（10）能夠在所述框架（8）上做與所述X軸成43°角的直線移動。
6.如權利要求5所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述機械傳動機構包括能夠帶動所述框架（8）及所述探頭板（10）前後運動的滑動軸（4），相互連線的前後運動驅動步進電機（5）和前後運動驅動絲槓（6），所述前後運動驅動步進電機（5）和前後運動驅動絲槓（6）用於控制所述滑動軸（4）的前後運動；還包括互相連線的皮帶輪傳動結構（2）和探頭掃描運動絲槓（3）；還包括通過傳動軸（14）與所述皮帶輪傳動結構（2）相連的掃描探頭驅動步進電機（1），所述掃描探頭驅動步進電機（1）用於驅動探頭掃描運動絲槓（3）使所述探頭板（10）能夠在所述框架（8）上做與所述X軸成43°角的直線移動。
7.如權利要求6所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述傳動軸（14）沿所述滑動軸（4）的軸向貫穿所述滑動軸（4）。
8.如權利要求7所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述滑動軸（4）、傳動軸（14）通過0型橡膠圈來實現動態密封。
9.一種採用權利要求1-8任一項所述裝置的同位素譜線掃描方法，包括如下步驟：
步驟（S1），選取一個Z＝0的平面，在所述離子束附近選擇一個初始位置點A，A點坐標為（XA，YA）；
步驟（S2），使所述探頭（11）沿與X軸成43°角的直線移動到點B，B點坐標為（XB，YB），通過並掃描所述離子束，並同步輸出所述探頭（11）的空間位置信號和所述離子束的電流信號；
步驟（S3），調整始位置點為A1至An，A1點坐標為（XA，YA1），An點坐標為（XA，YAn），每個點均重複步驟1、步驟2，完成Z＝0的平面的測量；
步驟（S4），按照步驟（S1）～步驟（S3），完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量；
步驟（S5），所述數據處理系統根據所述空間位置信號和所述離子束的電流信號獲得所述離子束的空間分布圖像，取峰高的1/2處為所述離子束的寬度b，b最小處所對應的空間位置就是所述離子束的聚焦處。
實施方式
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》提供的同位素譜線掃描裝置，設定在同位素電磁分離器中的真空環境內（如圖1所示，同位素譜線掃描裝置通過連線法蘭7設定在同位素電磁分離器上，真空室壁13之內的框架8及其上面安裝的其他部件處於真空環境中），包括法拉第筒製成的探頭11，探頭11能夠探測離子束的電流信號，探頭11設定在探頭板10上，探頭板10設定在同位素電磁分離器中的接收器上（如圖2、圖4、圖5所示，探頭板10通過固定螺釘12設定在接收器頭部的框架8上）。還包括與探頭11相連的電子線路，以及同電子線路相連的數據處理系統，數據處理系統能夠採集、顯示、記錄探頭11的空間位置信號和探頭11探測到的離子束的電流信號。
在該發明中，探頭11所採用的法拉第筒的直徑為1毫米。如圖4、圖5所示，探頭11不止一個（在該實施例中為7個），直線分布在探頭板10上，探頭之間的間距為20毫米，電子線路與探頭11一一對應。
該發明所提供的同位素譜線掃描裝置還包括設定在接收器上的能夠使探頭板10做三維移動的機械傳動機構，機械傳動機構能夠提供探頭板10的三位移動空間的範圍為240毫米×240毫米×240毫米，三維移動空間的三維坐標包括X軸、Y軸、Z軸。
如圖1所示，機械傳動機構包括能夠帶動框架8及探頭板10前後運動的滑動軸4，相互連線的前後運動驅動步進電機5和前後運動驅動絲槓6，前後運動驅動步進電機5和前後運動驅動絲槓6用於控制滑動軸4的前後運動；還包括互相連線的皮帶輪傳動結構2和探頭掃描運動絲槓3；還包括通過傳動軸14與皮帶輪傳動結構2相連的掃描探頭驅動步進電機1，掃描探頭驅動步進電機1用於驅動探頭掃描運動絲槓3使得探頭板10能夠在框架8上做與X軸成43°角的直線移動。
其中，傳動軸14設定在滑動軸4的內部，沿滑動軸4的軸向貫穿滑動軸4。探頭板10能夠沿與X軸成43°角的直線移動。滑動軸8、傳動軸14通過O型橡膠圈來實現動態密封。
根據《一種同位素譜線掃描裝置及方法》所提供的同位素譜線掃描裝置，該發明還公開了一種用於以上裝置的同位素譜線掃描方法，包括以下步驟：
步驟S1，選取一個Z＝0的平面，在離子束附近選擇一個初始位置點A，A點坐標為（XA，YA）；（離子束從同位素電磁分離器的離子源中通過三電極引出系統引出）；
步驟S2，使探頭11沿與X軸成43°角的直線移動到點B，B點坐標為（XB，YB），通過並掃描離子束，並同步輸出探頭11的空間位置信號和離子束的電流信號；（探頭11設定在探頭板10上，探頭11的運動實際是依靠探頭板10的運動來實現的，即探頭板10沿與X軸成43°角的直線移動到點B）
步驟S3，調整始位置點為A1至An，A1點坐標為（XA，YA1），An點坐標為（XA，YAn），每個點均重複步驟1、步驟2，完成Z＝0的平面的測量；
步驟S4，按照步驟S1～步驟S3，完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量；
步驟S5，數據處理系統根據探頭的空間位置信號和收集到的離子束的電流信號獲得離子束的空間分布圖像，取峰高的1/2處為離子束的寬度b，b最小處所對應的空間位置就是離子束的聚焦處。
最後舉例說明該發明所提供的同位素譜線掃描裝置及方法在同位素分離中的實際套用。以銣（Rb）元素為例，由於銣元素有兩個同位素（Rb、Rb），在分離過程中會產生兩條離子束，首先選取Z＝0的中間平面，在接收器附近有Rb，Rb兩條離子束，如圖6所示，P為測量的探頭，初始位置A點的坐標為（XA，YA），它將沿與x軸成43°角的方向移動到B（XB，YB），並隨時輸出探頭的空間位置信號，在移動過程中探頭依次掃過Rb，Rb離子束，並有電的信號輸出（電流信號示意見圖7所示）。探頭的空間位置信號與接收的電流信號可以繪成電流密度分布圖，並記錄儲存。完成了一次掃面後，將探頭的位置調到A1、A2、.....An，完成一系列的掃面測量，在完成了Z＝0中間平面的測量後，再按同樣的方法完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量。這樣就完成了Rb和Rb離子束的空間分布的測量，根據束的空間分布可以獲得像寬、高、形狀、兩像之間距離等數據。數據處理採用通常的方法，取峰高的1/2處為束的寬度（見圖6，圖中J1、J2分別為Rb和Rb離子束的峰高），b1為Rb像寬，b2為Rb像寬，d為銣同位素的色散，當b1，b2的值為最小時此處就是聚焦點。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種同位素譜線掃描裝置及方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
技術方案
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》採用的技術方案是一種同位素譜線掃描裝置，設定在同位素電磁分離器中的真空環境內，包括法拉第筒製成的探頭，所述探頭能夠探測所述同位素電磁分離器分離後的離子束的電流信號，其中所述探頭設定在探頭板上，所述探頭板設定在所述同位素電磁分離器中的接收器的框架上，還包括設定在所述接收器上的能夠使所述探頭板做三維移動的機械傳動機構，還包括與所述探頭相連的電子線路，以及同所述電子線路相連的數據處理系統，所述數據處理系統能夠採集、顯示、記錄所述探頭的空間位置信號和所述離子束的電流信號。
進一步，所述探頭不止一個，直線分布在所述探頭板上，間距20毫米，所述電子線路與所述探頭一一對應。
進一步，所述探頭所採用的所述法拉第筒的直徑為1毫米。
進一步，所述機械傳動機構能夠提供所述探頭板的三位移動空間的範圍為240毫米×240毫米×240毫米，三維移動空間的三維坐標包括X軸、Y軸、Z軸。
進一步，所述探頭板能夠在所述框架上做與所述X軸成43°角的直線移動。
進一步，所述機械傳動機構包括能夠帶動所述框架及所述探頭板前後運動的滑動軸，相互連線的前後運動驅動步進電機和前後運動驅動絲槓，所述前後運動驅動步進電機和前後運動驅動絲槓用於控制所述滑動軸的前後運動；
還包括互相連線的皮帶輪傳動結構和探頭掃描運動絲槓；
還包括通過傳動軸與所述皮帶輪傳動結構相連的掃描探頭驅動步進電機，所述掃描探頭驅動步進電機用於驅動探頭掃描運動絲槓使所述探頭板能夠在所述框架上做與所述X軸成43°角的直線移動。
進一步，所述傳動軸沿所述滑動軸的軸向貫穿所述滑動軸。
更進一步，所述滑動軸、傳動軸通過O型橡膠圈來實現動態密封。
為達到以上目的，該發明還公開了一種用於以上所述裝置的同位素譜線掃描方法，包括以下步驟：
步驟（S1），選取一個Z＝0的平面，在所述離子束附近選擇一個初始位置點A，A點坐標為（XA，YA）；
步驟（S2），使所述探頭沿與X軸成43°角的直線移動到點B，B點坐標為（XB，YB），通過並掃描所述離子束，並同步輸出所述探頭的空間位置信號和所述離子束的電流信號；
步驟（S3），調整始位置點為A1至An，A1點坐標為（XA，YA1），An點坐標為（XA，YAn），每個點均重複步驟1、步驟2，完成Z＝0的平面的測量；
步驟（S4），按照步驟（S1）～步驟（S3），完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量；
步驟（S5），所述數據處理系統根據所述空間位置信號和所述離子束的電流信號獲得所述離子束的空間分布圖像，取峰高的1/2處為所述離子束的寬度b，b最小處所對應的空間位置就是所述離子束的聚焦處。
有益效果
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》的有益效果在於：
1.探頭所採用的法拉第筒直徑為1毫米，提高了測量的準確性。
2.設定多個探頭，可以一次測量多組數據，解決了因為離子束的束流不穩定性導致的測量結果的不確定性。
3.掃描行程達到240毫米，適用於聚焦面較寬的情況下的測量，即能夠測量10％高度的束流密度高斯分布達到150毫米的情況。
附圖說明
圖1是《一種同位素譜線掃描裝置及方法》具體實施方式中設定有所述同位素譜線掃描裝置的接收器的示意圖；
圖2是該發明具體實施方式中所述同位素譜線掃描裝置在接收器上的安裝示意圖；
圖3是該發明具體實施方式中設定有所述同位素譜線掃描裝置的接收器的剖視圖；
圖4是該發明具體實施方式中所述探頭板的前視圖；
圖5是該發明具體實施方式中所述探頭板的側視圖；
圖6是該發明具體實施方式中所述銣元素同位素譜線掃描方法示意圖；
圖7是該發明具體實施方式中所述銣元素同位素的離子束所產生的電流信號示意圖；
圖中：1-掃描探頭驅動步進電機，2-皮帶輪傳動結構，3-探頭掃描運動絲槓，4-滑動軸，5-前後運動驅動步進電機，6-前後運動驅動絲槓，7-連線法蘭，8-框架，9-傳動桿，10-探頭板，11-探頭，12-固定螺釘，13-真空室壁，14-傳動軸。
技術領域
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》屬於同位素電磁分離器技術領域，具體涉及一種同位素譜線掃描裝置及方法。
權利要求
1.一種同位素譜線掃描裝置，設定在同位素電磁分離器中的真空環境內，包括法拉第筒製成的探頭（11），所述探頭（11）能夠探測所述同位素電磁分離器分離後的離子束的電流信號，其特徵是：所述探頭（11）設定在探頭板（10）上，所述探頭板（10）設定在所述同位素電磁分離器中的接收器的框架（8）上，還包括設定在所述接收器上的能夠使所述探頭板（10）做三維移動的機械傳動機構，還包括與所述探頭（11）相連的電子線路，以及同所述電子線路相連的數據處理系統，所述數據處理系統能夠採集、顯示、記錄所述探頭（11）的空間位置信號和所述離子束的電流信號。
2.如權利要求1所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述探頭（11）不止一個，直線分布在所述探頭板（10）上，間距20毫米，所述電子線路與所述探頭（11）一一對應。
3.如權利要求2所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述探頭（11）所採用的所述法拉第筒的直徑為1毫米。
4.如權利要求1所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述機械傳動機構能夠提供所述探頭板（10）的三位移動空間的範圍為240毫米×240毫米×240毫米，三維移動空間的三維坐標包括X軸、Y軸、Z軸。
5.如權利要求4所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述探頭板（10）能夠在所述框架（8）上做與所述X軸成43°角的直線移動。
6.如權利要求5所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述機械傳動機構包括能夠帶動所述框架（8）及所述探頭板（10）前後運動的滑動軸（4），相互連線的前後運動驅動步進電機（5）和前後運動驅動絲槓（6），所述前後運動驅動步進電機（5）和前後運動驅動絲槓（6）用於控制所述滑動軸（4）的前後運動；還包括互相連線的皮帶輪傳動結構（2）和探頭掃描運動絲槓（3）；還包括通過傳動軸（14）與所述皮帶輪傳動結構（2）相連的掃描探頭驅動步進電機（1），所述掃描探頭驅動步進電機（1）用於驅動探頭掃描運動絲槓（3）使所述探頭板（10）能夠在所述框架（8）上做與所述X軸成43°角的直線移動。
7.如權利要求6所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述傳動軸（14）沿所述滑動軸（4）的軸向貫穿所述滑動軸（4）。
8.如權利要求7所述的同位素譜線掃描裝置，其特徵是：所述滑動軸（4）、傳動軸（14）通過0型橡膠圈來實現動態密封。
9.一種採用權利要求1-8任一項所述裝置的同位素譜線掃描方法，包括如下步驟：
步驟（S1），選取一個Z＝0的平面，在所述離子束附近選擇一個初始位置點A，A點坐標為（XA，YA）；
步驟（S2），使所述探頭（11）沿與X軸成43°角的直線移動到點B，B點坐標為（XB，YB），通過並掃描所述離子束，並同步輸出所述探頭（11）的空間位置信號和所述離子束的電流信號；
步驟（S3），調整始位置點為A1至An，A1點坐標為（XA，YA1），An點坐標為（XA，YAn），每個點均重複步驟1、步驟2，完成Z＝0的平面的測量；
步驟（S4），按照步驟（S1）～步驟（S3），完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量；
步驟（S5），所述數據處理系統根據所述空間位置信號和所述離子束的電流信號獲得所述離子束的空間分布圖像，取峰高的1/2處為所述離子束的寬度b，b最小處所對應的空間位置就是所述離子束的聚焦處。
實施方式
《一種同位素譜線掃描裝置及方法》提供的同位素譜線掃描裝置，設定在同位素電磁分離器中的真空環境內（如圖1所示，同位素譜線掃描裝置通過連線法蘭7設定在同位素電磁分離器上，真空室壁13之內的框架8及其上面安裝的其他部件處於真空環境中），包括法拉第筒製成的探頭11，探頭11能夠探測離子束的電流信號，探頭11設定在探頭板10上，探頭板10設定在同位素電磁分離器中的接收器上（如圖2、圖4、圖5所示，探頭板10通過固定螺釘12設定在接收器頭部的框架8上）。還包括與探頭11相連的電子線路，以及同電子線路相連的數據處理系統，數據處理系統能夠採集、顯示、記錄探頭11的空間位置信號和探頭11探測到的離子束的電流信號。
在該發明中，探頭11所採用的法拉第筒的直徑為1毫米。如圖4、圖5所示，探頭11不止一個（在該實施例中為7個），直線分布在探頭板10上，探頭之間的間距為20毫米，電子線路與探頭11一一對應。
該發明所提供的同位素譜線掃描裝置還包括設定在接收器上的能夠使探頭板10做三維移動的機械傳動機構，機械傳動機構能夠提供探頭板10的三位移動空間的範圍為240毫米×240毫米×240毫米，三維移動空間的三維坐標包括X軸、Y軸、Z軸。
如圖1所示，機械傳動機構包括能夠帶動框架8及探頭板10前後運動的滑動軸4，相互連線的前後運動驅動步進電機5和前後運動驅動絲槓6，前後運動驅動步進電機5和前後運動驅動絲槓6用於控制滑動軸4的前後運動；還包括互相連線的皮帶輪傳動結構2和探頭掃描運動絲槓3；還包括通過傳動軸14與皮帶輪傳動結構2相連的掃描探頭驅動步進電機1，掃描探頭驅動步進電機1用於驅動探頭掃描運動絲槓3使得探頭板10能夠在框架8上做與X軸成43°角的直線移動。
其中，傳動軸14設定在滑動軸4的內部，沿滑動軸4的軸向貫穿滑動軸4。探頭板10能夠沿與X軸成43°角的直線移動。滑動軸8、傳動軸14通過O型橡膠圈來實現動態密封。
根據《一種同位素譜線掃描裝置及方法》所提供的同位素譜線掃描裝置，該發明還公開了一種用於以上裝置的同位素譜線掃描方法，包括以下步驟：
步驟S1，選取一個Z＝0的平面，在離子束附近選擇一個初始位置點A，A點坐標為（XA，YA）；（離子束從同位素電磁分離器的離子源中通過三電極引出系統引出）；
步驟S2，使探頭11沿與X軸成43°角的直線移動到點B，B點坐標為（XB，YB），通過並掃描離子束，並同步輸出探頭11的空間位置信號和離子束的電流信號；（探頭11設定在探頭板10上，探頭11的運動實際是依靠探頭板10的運動來實現的，即探頭板10沿與X軸成43°角的直線移動到點B）
步驟S3，調整始位置點為A1至An，A1點坐標為（XA，YA1），An點坐標為（XA，YAn），每個點均重複步驟1、步驟2，完成Z＝0的平面的測量；
步驟S4，按照步驟S1～步驟S3，完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量；
步驟S5，數據處理系統根據探頭的空間位置信號和收集到的離子束的電流信號獲得離子束的空間分布圖像，取峰高的1/2處為離子束的寬度b，b最小處所對應的空間位置就是離子束的聚焦處。
最後舉例說明該發明所提供的同位素譜線掃描裝置及方法在同位素分離中的實際套用。以銣（Rb）元素為例，由於銣元素有兩個同位素（Rb、Rb），在分離過程中會產生兩條離子束，首先選取Z＝0的中間平面，在接收器附近有Rb，Rb兩條離子束，如圖6所示，P為測量的探頭，初始位置A點的坐標為（XA，YA），它將沿與x軸成43°角的方向移動到B（XB，YB），並隨時輸出探頭的空間位置信號，在移動過程中探頭依次掃過Rb，Rb離子束，並有電的信號輸出（電流信號示意見圖7所示）。探頭的空間位置信號與接收的電流信號可以繪成電流密度分布圖，並記錄儲存。完成了一次掃面後，將探頭的位置調到A1、A2、.....An，完成一系列的掃面測量，在完成了Z＝0中間平面的測量後，再按同樣的方法完成Z＝-100毫米～+100毫米不同平面的上述測量。這樣就完成了Rb和Rb離子束的空間分布的測量，根據束的空間分布可以獲得像寬、高、形狀、兩像之間距離等數據。數據處理採用通常的方法，取峰高的1/2處為束的寬度（見圖6，圖中J1、J2分別為Rb和Rb離子束的峰高），b1為Rb像寬，b2為Rb像寬，d為銣同位素的色散，當b1，b2的值為最小時此處就是聚焦點。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種同位素譜線掃描裝置及方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
