一種用于電子剝離膜測試的裝置及其應用
【專利摘要】本申請公開了一種用于電子剝離膜測試的裝置及其應用。本申請的電子剝離膜測試裝置，包括腔體、抽真空設備、電子剝離膜夾持組件、電子槍、第一法拉第杯和第二法拉第杯；腔體具有可開合頂蓋，蓋合頂蓋形成密封腔體；抽真空設備為腔體抽真空；電子剝離膜夾持組件裝于腔體內；電子槍裝于腔體內側壁，用于轟擊待測電子剝離膜；第一法拉第杯固定在電子槍束流出口；第二法拉第杯設置在電子槍相對的腔體內側壁上。本申請的裝置，能模擬電子剝離膜工作的真空和束流注入環境；裝置采用電子束流，降低了造價，降低輻射量，提高了設備安全性；能更準確掌握膜片性能，對散裂中子源的電子剝離膜選擇及設計具有重要意義，降低了剝離膜研制成本，提高研制效率。
【專利說明】
一種用于電子剝離膜測試的裝置及其應用
技術領域
[0001]本申請涉及電子剝離膜檢測設備領域，特別是涉及一種用于電子剝離膜測試的裝置及其應用。
【背景技術】
[0002]電子剝離膜是散裂中子源中保障束流質量的重要因素，其主要作用是剝離重粒子上的電子。此外，在重離子加速器、醫用加速器等強流質子加速器中，電子剝離膜也是關鍵組成部件。因此，電子剝離膜的質量和性能是影響束流質量的關鍵因素。而電子剝離膜的厚度只有幾十至幾百納米，剛度和強度都很低、易碎，并且，在對束流的電子剝離過程中，核反應、溫升、內應力釋放等作用，導致電子剝離膜片的狀態十分復雜，膜片材質的蒸發、膜片的伸縮、膜片的擺動等復雜現象同時出現，若能通過實驗預先獲得電子剝離膜的性能，不僅可更好的保證散裂中子源的束流質量及可靠性，而且也能夠最大限度的減小因電子剝離膜性能所造成的機械故障。但是，目前國內尚無對電子剝離膜進行測試的相關裝置和研究。
【發明內容】
[0003]本申請的目的是提供一種新的用于電子剝離膜性能測試的裝置及其應用。
[0004]本申請采用了以下技術方案:
[0005]本申請公開了一種用于電子剝離膜測試的裝置，包括腔體1、抽真空設備、電子剝離膜夾持組件、電子槍4、第一法拉第杯和第二法拉第杯52;腔體I具有一個可開合的頂蓋11，蓋合頂蓋11后形成封閉的密封腔體;抽真空設備安裝于腔體I的側壁上，用于為腔體I抽真空；電子剝離膜夾持組件安裝于腔體I內，用于夾持待測的電子剝離膜;電子槍4安裝于腔體I的內側壁上，用于轟擊待測電子剝離膜;第一法拉第杯和第二法拉第杯52同樣安裝于腔體I的內側壁上，并且，第一法拉第杯固定在電子槍4的束流出口，用于測定入射電子剝離膜的粒子數量;第二法拉第杯52設置在電子槍4相對的側壁上，用于測定穿越電子剝離膜后的粒子數量，從而計算出電子剝離膜的剝離效率。
[0006]本申請的測試裝置，整個測試是在腔體I中進行的，測試時先采用抽真空設備對腔體I進行抽真空，然后采用電子槍4轟擊待測電子剝離膜，通過兩個法拉第杯計算電子剝離膜的剝離效率。本申請的裝置，模擬散裂中子源中電子剝離膜的真實工作環境，能夠更真實的反應電子剝離膜在使用環境下的真實情況。
[0007]優選的，抽真空設備由分子栗21和離子栗22組成，分子栗21和離子栗22分別安裝在腔體I的側壁上，并且，與分子栗的接口處還安裝有真空計23。
[0008]需要說明的是，本申請的抽真空設備由分子栗21和離子栗22組成，其中分子栗21用于實現高真空度的抽真空，而離子栗22用于實現超高真空度的抽真空，兩者相互補充，以營造出適合的真空環境。真空計23用于檢測和顯示腔體I內的真空情況。
[0009]優選的，本申請的測試裝置還包括照明設備6和攝像設備7，照明設備6和攝像設備7安裝于腔體I的內側壁上，攝像設備7用于實時監控電子剝離膜的情況，照明設備6用于為攝像設備7提供照明。
[0010]需要說明的是，本申請中，還特別采用了攝像設備7對待測電子剝離膜進行實時的攝像和監控，通過對采集的圖形進行分析，可以實時的了解電子剝離膜在工作時的形狀變化。
[0011]優選的，本申請的測試裝置還包括溫度檢測設備8，溫度檢測設備8安裝于腔體I的內側壁上，用于實時檢測電子剝離膜的溫度。
[0012]優選的，本申請的測試裝置中，電子剝離膜夾持組件包括機械手31和驅動組件32，機械手31設置于腔體I內，用于夾持待測電子剝離膜，驅動組件32設置于頂蓋11的上端，用于驅動機械手31在腔體I內進行前、后、左、右、上、下移動。
[0013]需要說明的是，本申請的優選方案中，通過設計可移動的機械手31，以實現對電子剝離膜的不同部位進行測試，從而更有效的測試整塊電子剝離膜的性能。
[0014]優選的，本申請的測試裝置還包括電子屏蔽塊，電子屏蔽塊固定安裝于腔體I的側壁上，并且，設置于第二法拉第杯52的正后方，用于防止電子外溢。
[0015]優選的，電子屏蔽塊為鉛塊。
[0016]優選的，本申請的電子槍4為轟擊型電子槍，轟擊型電子槍包括熱子、陰極和電源，電源在熱子和陰極間加轟擊電壓，使熱子發射電子轟擊陰極，再由陰極表面發射出大量電子，形成電子束。
[0017]需要說明的是，本申請中，電子槍的作用就是提供電子束流，用于轟擊待測電子剝離膜，可以理解，各種型號結構的電子槍都可以用于本申請，并不僅限于轟擊型電子槍;本申請優選采用轟擊型電子槍，是為了更方便的改變電子槍的束流能量，從而可以模擬多種重粒子加速器的束流剝離效應及不同能量下電子剝離膜的狀態。
[0018]本申請的另一面公開了本申請的用于電子剝離膜測試的裝置在散裂中子源中的應用。及其在重離子加速器或醫用加速器中的應用。
[0019]可以理解，本申請的測試裝置，可以預先對用于散裂中子源或重離子加速器或醫用加速器的電子剝離膜進行評估和檢測，因此，可以作為散裂中子源或加速器的輔助設備使用。
[0020]本申請的另一面公開了一種電子剝離膜的測試方法，包括采用本申請的用于電子剝離膜測試的裝置，將待測電子剝離膜固定在電子剝離膜夾持組件3上，蓋合頂蓋，通過抽真空設備對腔體I進行抽真空，在真空條件下，用電子槍4對待測電子剝離膜進行轟擊測試。
[0021]本申請的測試方法，能夠實現在超高真空環境下，對不同材質、不同制備方法、不同厚度的電子剝離膜在束流注入過程中內部核反應、溫升、內應力釋放及膜片失效效應，及其對束流損失、剝離效率等進行測試;并且，通過改變電子槍的束流能量可以模擬多種重粒子加速器的束流剝離效應及不同能量下電子剝離膜的狀態。
[0022]本申請的有益效果在于:
[0023]本申請的電子剝離膜測試裝置及電子剝離膜測試方法，在真空環境下進行測試，能較好模擬電子剝離膜工作的真空環境、束流注入環境，與其真實狀態相近;并且，裝置采用電子束流代替離子束流，大大降低了裝置造價，降低輻射劑量，有效提高設備的安全性。本申請的電子剝離膜測試裝置及電子剝離膜測試方法，對電子剝離膜進行試驗測試，能夠更好更準確的掌握膜片的性能，對散裂中子源的電子剝離膜選擇及設計具有重要意義，有效的降低了電子剝離膜的研制成本，提高了研制效率。
【附圖說明】
[0024]圖1是本申請實施例中電子剝離膜測試裝置的結構示意圖；
[0025]圖2是本申請實施例中電子剝離膜測試裝置頂蓋開啟的結構示意圖；
[0026]圖3是本申請實施例中電子剝離膜的升溫曲線圖；
[0027]圖中，I為腔體、11為頂蓋、21為分子栗、22為離子栗、23為真空計、31為機械手、32為驅動組件、4為電子槍、52為第二法拉第杯、6為照明設備、7為攝像設備、8為溫度檢測設備。
【具體實施方式】
[0028]本申請提供了一種在真空條件下測試電子剝離膜性能的裝置，其中包括腔體、抽真空設備、電子剝離膜夾持組件、電子槍、第一法拉第杯和第二法拉第杯等。可以理解，本申請的具體實現方式中，抽真空設備、電子剝離膜夾持組件、電子槍等都是采用統一的系統進行控制的，而第一法拉第杯和第二法拉第杯所采集的數據也是統一輸送到系統里面進行計算獲得所需結果的，包括在改進的方案中，本申請的測試裝置還包括照明設備、攝像設備、溫度檢測設備，這些設備的開啟或數據采集都是由統一的系統進行管理的；甚至電子剝離膜夾持組件的機械手和驅動組件，也是有統一的系統進行控制的。因此，本申請的裝置，在更優選的實現方式中，還包括一個中央控制系統，整套裝置由控制系統、真空系統和機械系統三大部分組成。
[0029]可以理解，本申請的電子剝離膜測試裝置不僅可以用于電子剝離膜的生產廠家，以監控其生產的電子剝離膜的質量;也可以用于電子剝離膜的用戶，以預先測試所選購的電子剝離膜，從而選擇適用電子剝離膜。
[0030]此外，需要說明的是，本申請的一種實現方式中，在腔體的側壁上均勻開設了八個接口，分別用于安裝抽真空設備、電子槍、法拉第杯、照明設備、攝像設備、溫度檢測設備等。因此，可以理解，本申請中各設備的安裝位置并不是唯一的，例如攝像設備和照明設備的位置可對換，只要能夠有效的獲取電子剝離膜的影像信息即可，同樣的，溫度檢測設備的位置也是可以變換的，只要不影響溫度的檢測即可，抽真空設備只要能夠完整抽真空的目的即可。另外，本申請的電子槍也是可以替換的，可以根據不同能量需求更換不同功率或者不同類型的電子槍；當然，電子槍和第一法拉第杯的安裝位置是一起的，并且與第二法拉第杯的位置必須是相對的，同時，電子屏蔽塊也必須安裝于第二法拉第杯之后，這是為了實現檢測，并防止電子外溢。另外，電子剝離膜夾持組件中，電子剝離膜位置調整的機械手和驅動組件等可根據需求更換不同行程調節機構。溫度檢測設備可根據需求更換不同量程設備。抽真空設備可根據需求更換不同抽速真空獲得設備。電子屏蔽塊可根據束流功率更換不同厚度的鋁塊。而圖像獲得設備也可以根據具體的測試可選用或不用像素成像設備。
[0031]下面通過具體實施例對本申請作進一步詳細說明。以下實施例僅對本申請進行進一步說明，不應理解為對本申請的限制。
[0032]實施例
[0033]本例的電子剝離膜測試裝置，如圖1所示，包括腔體1、抽真空設備、電子剝離膜夾持組件、電子槍4、第一法拉第杯、第二法拉第杯52、照明設備6、攝像設備7、溫度檢測設備8、電子屏蔽塊。腔體I具有一個可開合的頂蓋11，蓋合頂蓋11后形成封閉的密封腔體;本例中，腔體I的側壁開設有八個外接口，用于連接抽真空設備、電子槍4、第一法拉第杯、第二法拉第杯52、照明設備6、攝像設備7、溫度檢測設備8、電子屏蔽塊等。其中，抽真空設備由分子栗21和離子栗22組成，分子栗21和離子栗22分別安裝在腔體I的側壁上的兩個外接口上，在分子栗21的接口處還安裝有真空計23，通過分子栗和離子栗為腔體I抽真空，以達到符合檢測需求的真空度。電子剝離膜夾持組件安裝于腔體I內，用于夾持待測的電子剝離膜。電子槍4安裝于腔體I的側壁上其中一個外接口中，用于轟擊待測電子剝離膜;第一法拉第杯和第二法拉第杯52同樣安裝于腔體I的內側壁上，并且，第一法拉第杯固定在電子槍4的束流出口，用于測定入射電子剝離膜的粒子數量;第二法拉第杯52設置在電子槍4相對的側壁上的外接口中，用于測定穿越電子剝離膜后的粒子數量，從而計算出電子剝離膜的剝離效率。照明設備6和攝像設備7分別安裝于腔體I的側壁上的兩個外接口中，攝像設備7用于實時監控電子剝離膜的情況，照明設備6用于為攝像設備7提供照明。溫度檢測設備8安裝于腔體I的側壁上的一個外接口中，用于實時檢測電子剝離膜的溫度。本申請的電子剝離膜夾持組件包括機械手31和驅動組件32，機械手31在腔體I內，用于夾持待測電子剝離膜，驅動組件32設置在頂蓋11上端，用于驅動機械手31在腔體I內進行前、后、左、右、上、下移動。電子屏蔽塊固定安裝于腔體I的側壁上，并且，設置于第二法拉第杯52的正后方，用于防止電子外溢，本例的電子屏蔽塊具體為鉛塊。
[0034]本例的電子槍4為轟擊型電子槍，轟擊型電子槍包括熱子、陰極和電源，電源在熱子和陰極間加轟擊電壓，使熱子發射電子轟擊陰極，再由陰極表面發射出大量電子，形成電子束。
[0035]本例中，抽真空設備、電子剝離膜夾持組件、電子槍4、第一法拉第杯、第二法拉第杯52、照明設備6、攝像設備7和溫度檢測設備8都是通過一個統一的控制系統進行協調控制；例如在放置好電子剝離膜并蓋上頂蓋后，控制抽真空設備開啟，對腔體進行抽真空，控制電子剝離膜夾持組件調整電子剝離膜的位置，控制電子槍進行轟擊，采集第一法拉第杯、第二法拉第杯和溫度檢測設備的檢測數據，在需要攝像時，控制照明設備進行照明，并控制攝像設備開啟。
[0036]本例的電子剝離膜測試裝置，使用時，先將待測電子剝離膜固定在電子剝離膜夾持組件的機械手31上，蓋合頂蓋，通過驅動組件32調整電子剝離膜的位置，通過抽真空設備2對腔體I進行抽真空，在真空條件下，用電子槍4對待測電子剝離膜進行轟擊測試;通過兩個法拉第杯檢測電子束流入射電子剝離膜前后的粒子數量，從而計算電子剝離膜的剝離效率，剝離效率=(入射前的粒子數量-穿過電子剝離膜后的粒子數量)/入射前的粒子數量。與此同時，通過攝像設備7觀察電子剝離膜的形狀變化情況，并通過溫度檢測設備8實時記錄電子剝離膜的溫度變化。
[0037]對本例的電子剝離膜測試裝置進行模擬測試，以能量為1kev的電子束注入電子剝離膜，當電子束注入電子剝離膜時，電子停止能將轉換為膜片的熱能，從而引起膜片表面溫度上升。隨著電子束流的注入，剝離膜溫度從環境溫度急劇升高至1400K左右，而當束流停止注入時，剝離膜溫度隨著熱輻射及熱傳導緩慢下降，下一周期又將重復這一過程，電子剝離膜隨電子束流脈沖變化的升溫曲線如圖3所示。通過攝像機及熱成像可以記錄到該過程。根據熱成像記錄結果顯示，在電子束注入點溫度最高，以注入點為圓心，溫度迅速向外遞減擴散，形成同心圓狀的溫度梯度。
[0038]以上內容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本申請的保護范圍。
【主權項】
1.一種用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:包括腔體(I)、抽真空設備、電子剝離膜夾持組件、電子槍(4)、第一法拉第杯和第二法拉第杯(52)； 所述腔體(I)具有一個可開合的頂蓋(U)，蓋合頂蓋(11)后形成封閉的密封腔體;所述抽真空設備安裝于所述腔體(I)的側壁上，用于為所述腔體(I)抽真空； 所述電子剝離膜夾持組件安裝于所述腔體(I)內，用于夾持待測的電子剝離膜； 所述電子槍(4)安裝于所述腔體(I)的內側壁上，用于轟擊待測電子剝離膜； 所述第一法拉第杯和第二法拉第杯(52)同樣安裝于腔體(I)的內側壁上，并且，第一法拉第杯固定在所述電子槍(4)的束流出口，用于測定入射電子剝離膜的粒子數量;所述第二法拉第杯(52)設置在電子槍(4)相對的側壁上，用于測定穿越電子剝離膜后的粒子數量，從而計算出電子剝離膜的剝離效率。2.根據權利要求1所述的用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:所述抽真空設備由分子栗(21)和離子栗(22)組成，分子栗(21)和離子栗(22)分別安裝在所述腔體(I)的側壁上，并且，與分子栗的接口處還安裝有真空計(23)。3.根據權利要求1所述的用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:還包括照明設備(6)和攝像設備(7)，所述照明設備(6)和攝像設備(7)安裝于腔體(I)的內側壁上，攝像設備(7)用于實時監控電子剝離膜的情況，照明設備(6)用于為攝像設備(7)提供照明。4.根據權利要求1所述的用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:還包括溫度檢測設備(8)，所述溫度檢測設備(8)安裝于腔體(I)的內側壁上，用于實時檢測電子剝離膜的溫度。5.根據權利要求1-4任一項所述的用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:所述電子剝離膜夾持組件包括機械手(31)和驅動組件(32)，所述機械手(31)設置于腔體(I)內，用于夾持待測電子剝離膜，所述驅動組件(32)設置于頂蓋(11)的上端，用于驅動機械手(31)在腔體(I)內進行前、后、左、右、上、下移動。6.根據權利要求1-4任一項所述的用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:還包括電子屏蔽塊，所述電子屏蔽塊固定安裝于腔體(I)的內側壁上，并且，設置于所述第二法拉第杯的正后方，用于防止電子外溢。7.根據權利要求6所述的用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:所述電子屏蔽塊為鉛塊。8.根據權利要求1-4任一項所述的用于電子剝離膜測試的裝置，其特征在于:所述電子槍(4)為轟擊型電子槍，所述轟擊型電子槍包括熱子、陰極和電源，電源在熱子和陰極間加轟擊電壓，使熱子發射電子轟擊陰極，再由陰極表面發射出大量電子，形成電子束。9.根據權利要求1-8任一項所述的用于電子剝離膜測試的裝置在散裂中子源、重離子加速器或醫用加速器中的應用。10.—種電子剝離膜的測試方法，其特征在于:包括采用權利要求1-8任一項所述的用于電子剝離膜測試的裝置，將待測電子剝離膜固定在所述電子剝離膜夾持組件上，蓋合頂蓋(11)，通過所述抽真空設備對腔體(I)進行抽真空，在真空條件下，用所述電子槍(4)對待測電子剝離膜進行轟擊測試。
【文檔編號】G01R31/00GK105938166SQ201610411143
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】陳佳鑫, 康玲, 余潔冰
【申請人】東莞中子科學中心