环形单针双束流截面测量技术

    在加速器的束流传输系统中，为了能够立即看出某一传输元件参数变化后的效果，缩短调束时间，提高传输效率，需要有迅速、直观、准确地显示束流截面大小和位置的装置。加速器中普遍采用的旋转式探针测量仪，可以用示波器直接显示截面大小和位置，对束流影响不大。其形状有环形和半环形，其功能可在旋转一周中扫过水平或垂直方向各两次，或扫过两个方向各一次，但不在同一截面，如图1所示^[1,2]。因此对束流的测量是不全面的.本文介绍一种单针双向双截面扫描测量技术，并就其实验结果进行分析.

    1三维环形扫描探针

    三维环形探针为一直径35mm的非闭合环形钨丝探针，环所在的面为}55mm的圆柱面，即探针为三维立体探针.这样一个环形旋转探针，可以在两个束流截面上交叉扫描(如图2所示)，即一周有四次扫过束流，从而获取相距55~的两个大体平行的截面的信息.探针所采集的二次电子流由一微型轴承导出，经过电流一电压转换器后输入示波器的y轴，通过横向扫描在屏幕上显示.图3为4117串列加速器上的单针双向双截面束流扫描仪.由于此装置位于双450磁铁之间(此间恰为系统的一束腰)，所以，为避免闭合环在磁场中产生感生电流，环采用非闭合型.为减少系统内壁所反射的二次粒子对探针的干扰，在探测区前后设立了相距100mm的φ10mm的孔径光栏，其接收度略大于离子源的发射度。

    2测量结果和分析

    在示波器显示屏上，相互靠近的一对半波为同一截面上交叉扫描的束流强度分布(如图4中1和2).这是因为交叉扫过一截面的时间约为探针旋转周期的六分之一图中s对应于束流截面的直径，波面积对应于束流的强度，半波的高度则对应于束流的中心亮度.探针的扫描段的旋转半径约为27mm，四个半波的长度为L(10格)，由此可得到束流半径的绝对值:

式中，s_i和s_i分别为相互垂直的一组半波的长度;

    如果截面之间恰好有一束腰，当前一级光学元件增加聚焦时，一组半波会变宽、变矮;另一组则变窄、.变高。由此可判断，前者位于束腰之后，后者则位于束腰与聚焦元件之间.即可以通过波形的变化来判断束腰的移动(见图5).若两组半波为对称的，则可确定束腰位于两截面中央(见图2和图4).若此间无束腰，即束腰在二截面之外，那么两组半波的变化成正比，一般不用专门标度，利用上述方法即可发现对应关系.由于此段束流的张角没有改 变，根据Liouville定理，虽然波的形状发生了变化，但其面积守恒.