束流調製是通過光屏等物理手段對粒子束流進行調控，現在，利用束流調製製成的束流調製器已成為核物理實驗研究中不可缺少的重要的核儀器之一。當然,束流調製器也需要不斷地完善功能並進一步提高技術指標,才能滿足核物理實驗研究的需要。
基本介紹
- 中文名：束流調製
- 外文名：modulation of beam
- 拼音：shùliútiáo zhì
- 類別：物理
- 套用：能源工程
- 原理：粒子限制
束流調製的原理,束流調製的套用,
束流調製的原理
束流調製是通過光屏等物理手段對粒子束流進行調控，當注入漂移空間的電子束流超過其空間電荷限制電流時,在陽極後將形成等於陰極電位的電勢極小區域,即虛陰極。振盪的虛陰極以及在陰極和虛陰極之間振盪的束電子均輻射強電磁波。研究者主要採用粒子模擬和實驗方法研究虛陰極振盪器,但是從粒子模擬和實驗中獲得的規律性認識是十分有限的,因此許多研究者在合理假設的基礎上,利用各種簡化模型來分析虛陰極振盪器的物理特性,獲得了一些規律性認識,這些認識對進一步的粒子模擬和實驗研究是非常有價值的。運用“環形輸運”模型來分析簡單虛陰極振盪器中粒子的運動狀態以及場的變化,研究結果與粒子模擬得到的結果相符,說明採用此模型描述虛陰極振盪器中粒子的運動狀態是合理的。文獻的模型中,每個時間周期Δτ內進入到漂移空間的電荷元的帶電量Δq是固定的,只能用來分析以恆定電流注入到漂移空間的簡單虛陰極振盪器。對於注入到漂移空間電子束流隨時間變化的調製型虛陰極振盪器,模型將不再適用。
束流調製的套用
束流調製作用於β+緩發粒子發射的測量,是研究遠離穩定線的豐質子核的性質的一個重要方法。利用RIBLL裝置,先產生放射性母核,再進行緩發粒子與β粒子或γ射線的關聯測量,可以得到子核激發能級的性質。但是,通常母核的壽命較短,只能進行在束測量。而且,由於次級束流的強度較小,純度較低,實際測量時計數率偏低,本底較強。為了克服這些困難,實驗人員採用了束流調製的方法,用束流調製器實現束流的線上鑑別與調製,於2001年和2002年在RIBLL上分別完成20Na→β+20Ne*→16O+α和23Al→β+23Mg*→22Na+α的線上測量。以20Na→+20Ne*→16O+α為例,說明我們所採用的實驗方法和束流調製器的具體套用。實驗是在RIBLL上進行的,由HIRFL引出的65MeV/u的36Ar初級束轟擊9Be初級靶,產生20Na次級束流,經RIBLL傳輸到達第二焦點後189面的次級反應靶室,穿過40μm厚的鋁膜降能片後入射到由近物所自製的一個四疊層半導體望遠鏡上,每疊層都是100μm的金矽面壘探測器。實驗中20Na束流主要停阻在第三和第四片探測器中。在望遠鏡後面緊跟一塊碘化銫晶體,用來測量和緩發粒子符合的電子。20Na束流純度約為3%,強度約為0.1s-1。由於束流強度及純度比較低,而且20Na的β+緩發粒子衰變的半衰期比較長,約為0.45s,遠遠長於一個束流周期130ns,也長於獲取系統的一個獲取周期700μs,因此在實際測量中必須進行束流鑑別與調製。即當確認記錄到一個20Na後,必須切斷束流,等待和測量該20Na的β+延發粒子。否則無法從本底中挑選真正的20Na的β+緩發衰變事件。
大間隙速調管的諧振腔具有較寬的間隙,所以能承受更大的注入功率,有望實現100MW量級大功率注入的兩腔相對論速調管結構,有利於系統的緊湊化。大間隙速調管諧振腔採用了由感性金屬桿支撐的膜片結構,這改變了間隙處的邊界條件,使得間隙處的空間極限流與漂移區內相當[9-11]。這意味著大間隙速調管不但有更多的能量可轉化為動能被提取,從而提高系統的效率,而且能夠容納更多的電功率。Friedman等人於1995年對一種具有“內錐型”漸變膜片輸出腔的大間隙速調管進行了實驗研究,獲得了2.85GW的平均功率,平均效率大於60%,是目前相對論速調管中效率最高的。但是,與普通RKA一樣,大間隙RKA在高頻段存在管子半徑過小的問題,因此提出了三軸速調管的概念。理論上講,只要同軸漂移段內外導體間距離足夠小,三軸速調管就可以截止所有TM模式,而不受頻率的限制,也即是說TKA即使在高頻段也能夠採用大平均半徑結構。而且,TKA同軸漂移管允許的空間極限電流為尺寸相同的空心漂移管的2倍。但是,大平均半徑的TKA不能截止TEM模式及高階TE模式,存在“模式泄漏”問題。儘管理論上給出了約50%的平均效率,但是三軸速調管的實驗效率仍然較低,其平均效率僅約10%。
