地面模拟空间电子环境束流均匀化设计

发布时间：2021-03-28 20:36

　　通过在地面建设装置来模拟空间高能电子环境,能够有效地对航空航天器件在地外空间遭遇电子引起的相关效应进行研究。在模拟装置中,高能电子由电子直线加速器提供,其输出束斑大小为毫米量级,而模拟试验需要大面积且非常均匀的电子辐照环境,所以需要通过一段束流输运线处理,使束流同时满足辐照面积和均匀性要求。本项目的模拟装置空间紧凑,束流输运线短,辐照面积大,利用单一的二维扩束均匀化方案无法实现,因此采用了一种扫描加扩束的方案。根据输运线入口和出口束流参数要求,设计将螺线圈、α-磁铁、扫描磁铁、四极磁铁、聚焦六极磁铁等元件组合使用。通过元件参数匹配和束流校正,使不同能量的电子束在辐照平面处满足辐照面积和均匀度的要求。利用束流跟踪软件仿真计算了0.5 MeV、2.5 MeV和5 MeV束线,束流在不同辐照面积的均匀度均优于90%,满足指标要求。 

【文章来源】：核技术. 2020,43(12)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

方案三示意图

0.5 Me V束流在输运线入口的束流横向相图如图2所示，束流边缘发散角为115 mrad，在束流输运线水平段需要限制束斑直径减小束流损失。光路设计如图3所示，图3(a）为x方向束流包络，图3(b）为y方向束流包络。从左至右依次为螺线圈（SOL1）、α-偏转磁铁（AM）、孔径r=30 mm的四极磁铁（QP1,QP2）、聚焦六极磁铁（FM1）、孔径r=50 mm的四极磁铁（QP3）。光路前段利用螺线圈聚焦控制束流的发散角，束流经400 mm漂移段输运到α-磁铁。α-磁铁将束流从水平段偏转到竖直段，与二极磁铁不同，α-磁铁对束流偏转时偏转前后粒子的位置不变[15]，所以不影响束流的分布。常规α-磁铁束流入射与出射方向之间的夹角为81.42°，因此需要调节极面函数和优化磁场指数梯度，使束流偏转90°[16]。

偏转后的束流在y方向经过两块四极磁铁QP1和QP2，使束流形状匹配为扁平椭圆，通过一段漂移管进入聚焦型六极磁铁FM1。六极磁铁由Poisson计算导入，与常规六极磁铁不同，其沿水平方向磁场分布为奇对称二次函数[17]即：，导入光路设计软件后，取中心平面沿x方向磁场分布曲线如图4所示。束流在x方向包络很大，随x值的增加，图4中六极磁铁磁场以二次函数增加，在此非线性磁场力作用下，相空间发生严重“S”化，如图5(a）所示。在y方向束流包络较小，束流分布不受六极磁铁影响，通过六极磁铁后y方向束流相空间如图5(b）所示，无明显“S”化。x方向“S”化后的相空间经过1 500 mm的漂移段后电子重新分布。不加扫描的情况下辐照平面位置处束流分布见图6，束流在x方向为均匀分布，在y方向仍为高斯分布。

【参考文献】：
期刊论文
[1]电子束在α-磁铁模型中传输模拟与优化[J]. 朱云亮,曹树春,袁平,张京京,申晓康,张子民.  原子核物理评论. 2019(03)
[2]100MeV质子双环双散射体扩束方案设计[J]. 韩金华,郭刚,刘建成,隋丽,孔福全,肖舒颜,覃英参,张艳文.  物理学报. 2019(05)
[3]空间环境对飞行器的影响[J]. 韩虹,王子玉,钟兴旺.  空间电子技术. 2011(01)



本文编号：3106200