文摘
瞬态电磁场在进化中扮演非常重要的角色的高能量密度物质或激光等离子体。现在,本文提出了一种新的设计诊断瞬态磁场,利用相对论电子群作为探针基于高能电子射线照相。基于此方案,磁场强度场的连续分布可以快照。1毫米厚四极磁铁模型测量了50兆电子伏探测电子束,仿真结果表明,该诊断空间分辨率比4微米和强磁场强度测量精度高和高梯度磁场无论是否聚焦和散焦磁场相互作用范围从-510 Tμm - 510 Tμm。
1。介绍
瞬态电磁场中扮演非常重要的角色在高能量密度的研究,由于强烈的激光,离子 - - - - - -压力设备(1- - - - - -6]。电磁场的研究等离子体与加速器物理学、高能密度物理、惯性约束聚变和天体物理现象(7- - - - - -12]。在过去的几年中,许多方法基于带电粒子射线照相法已经在尝试,如激光尾流场加速器电子射线照相,单色的电子射线照相,和单色的质子射线照相法13- - - - - -19]。在本文中,我们展示一种新的方法实现连续点测量电磁场强度。
作为诊断探头,高能电子测量瞬态电磁场的一些优势。相对论速度光束被轻松地通过电子穿透标本与毫米大小几十皮秒;与其他相对论性粒子相比,电子的磁刚度较低,这使得它更敏感的电磁场;此外,超短群容易,确保诊断的准静态标本。
高能电子射线照相(陆军)一直在开发LANL,清华大学和现代物理研究所,中国科学院,在过去的几年里20.- - - - - -26]。几微米的空间分辨率也采取了在实验中。在过去的几年中,只有静态目标或流体目标作为陆军实验对象。到目前为止,没有报告的使用点对点陆军作为电磁场诊断。本文提出了一种新方法,是基于陆军梁线设计磁场区域诊断。
2。原则
最重要的是,两个近似可以确保这个诊断的准确性。首先,非常类似于静电场的电场的等离子体。那里,从无穷到正无穷,所有的事件和出口潜力探测光束为零,没有能源减少或增加当电子束穿透了系统。其次,分散的电子束,E / B场区域充满了非常少量的材料介入电子散射角,就像超短强烈laser-foil交互过程(19]。
整个诊断过程分为两个部分来描述光束与等离子体的相互作用和电子传输的点对点陆军光束线。
第一子流程,高能电子束偏转时,磁场渗透系统。偏转可以由以下公式描述:
在哪里
在哪里是电子束偏转,是角速度的电子在磁场中,v是速度的电子,是电子静止质量,是光在真空中的传播速度。磁矢量的重量吗 - - - - - - 飞机,磁场区域的位置。
基于上述描述,如果入射电子有一个特定的角度分布具有高对称性在极坐标 - - - - - - 飞机,透光率和挠度之间存在一一对应的关系。
monoenergtetic电子的角分布与物质相互作用可以被描述为以下功能:
在哪里
在哪里电子的散射角, , 目标的厚度,是收音机试样材料的长度。
从公式(3),入射电子和目标之间的相互作用后,电子束将有一个特定的角分布。和在极坐标应该高对称分布。换句话说,可以控制入射电子的角分布散射目标以满足诊断需求。
下一步是由陆军梁挠度测量。单色的电子束的传输光束线可以解释为如下矩阵: 在哪里 , 和 , 是电子的位置和角度观察平面,然后呢光束线的转换因子。的 , 和 , 在发射电子的位置和角度平面(27]。
在图像平面,传输矩阵参数 。这意味着电子的位置在图像平面与电子的角是无关紧要的物体平面。这束线设计被称为点对点的射线照相。图像平面和对象之间的平面上,通过优化,将会有一架飞机命名傅里叶平面匹配传输矩阵参数 。这意味着电子角信息对象飞机已被翻译的位置信息在这个平面上。那里,在傅里叶平面孔径可以实现角度选择电子传播。在过去的几年中,孔径的应用得到更好的空间和面积密度分辨率。现在,磁场强度的诊断取决于孔径的特点。
孔径应设置在傅里叶平面孔径可以选择的角度围绕中心轴当电子不偏斜。如果电子束集体是由磁场偏转的角度选择也会偏离中心轴的角分布。那里,入射电子与特定的角分布,它们的偏转与它的透光率负相关。此外,它是必要的比例 - - - - - -半轴和 - - - - - -半轴平等 确保一一对应的磁场强度和透光率之间的关系。的脚注意味着运输飞机从对象到傅里叶矩阵参数平面上。原理图所示1。
3所示。模拟
3.1。一般设置
整体仿真的草图如图2。入射电子铝箔最初分散,然后,散射电子穿透磁真空。然后,陆军磁透镜将运输、选择,并重新调整目标背后的电子。最后,电子数密度将计算探测器在图像平面。
3.2。图像镜头优化
典型的带电粒子图像光束线应该满足传输矩阵参数 在图像平面。但是力场诊断陆军中提到的部分2,有必要做的 - - - - - -轴和 - - - - - -傅里叶轴平面重合在运行 - - - - - -轴。在这种需求下,成像透镜系统适应50兆电子伏电子束动能被舒适的无穷优化9.1 [28]。它包括八个四极磁铁,如图2;是10厘米的长度,直径40毫米,3.9097毫克的QA是T / m和QB -3.6295吨/米。L1的漂移长度为30厘米,L2是10厘米。这束线的总长度是2.6米。优化结果如图3。运输和关系矩阵的参数如表所示1。
根据运输从对象平面傅里叶矩阵参数平面,孔径的仿真设计为一个椭圆形状,如图2(b)和相应的选择角度范围可由下列公式描述:
3.3。样本设计
标本是由散射目标和磁真空。在这项工作中,我们选择一个5μ米厚的铝箔作为散射目标。一方面,作为一个低元素,它可以确保调查电子有较低的能量传播。另一方面,铝总是选为目标材料的研究强烈laser-solid交互或 - - - - - -手头拮据。结合孔径的选择,相对应的透射率偏差图所示4。
对于这个高斯分布,我们划定与检测透光率大于0.01。这意味着挠度的检测范围从3 mrad 3 mrad。50伏电子,相应的磁场强度的诊断范围从-0.51 T毫米到0.51吨毫米。
除了镜头设计,有两个因素可能会影响测量精度的设计:偏转和磁场梯度(MG)的标本。挠度可以通过入射电子的能量是有限的。microspatial决议,我们应该控制挠度小于10 mrad 1毫米大小规模扩张。研究MG对测量精度的影响,我们选择一个四极模型作为磁真空在这个仿真,和一群MG是设置为1,2,3 T /毫米。
3.4。完成模拟过程
我们模拟的情况,线光束沿 - - - - - -轴和 - - - - - -轴穿透标本。这组有两个优点。首先,聚焦和散焦的影响进行分析,分别;其次,空间分辨率 - - - - - -轴和 - - - - - -轴也可以是独立的。整个诊断过程包括三个部分:模拟入射电子与散射目标,电子束通过电磁场的区域,和电子是由陆军重新束线。第一模拟部分,EGS5代码选择这样做(29日]。因为磁场模型是标准的四极场作为标本,最后两部分模拟是通过PARMELA软件(30.]。
4所示。结果与讨论
在标本没有磁真空的情况下,分散的电子角分布和位置分布傅里叶平面计算。角分布的统计步骤0.04 mrad和和的位置是0.044毫米的 - - - - - -轴和0.021毫米 - - - - - -分别轴。结果如图所示5。
(一)
(b)
根据图5后,我们确认角分布散射目标转化成平面和位置分布傅里叶转换比率对应和沿着 - - - - - -轴和 - - - - - -分别轴。
图6显示了电子的位置分布在不同磁场梯度的傅里叶平面试件磁设置。相比之下,图5的电子分布傅里叶平面变形。分布是扩大沿着磁场的洛伦兹力的方向。线光束展宽的大小与磁场梯度有关。在这种情况下,透光率也会不同的,当相同的孔径用于模拟。
我们两线光束融入交叉梁作为探测电子束,和诊断结果与不同的磁四极磁场梯度图所示7。基于分布的入射角分布、诊断的范围从-0.51 T毫米到0.51吨毫米。对应于不同的磁梯度设置,范围是大约从-0.51毫米到0.51毫米,-0.26毫米,约0.26毫米,-0.17毫米,约0.17毫米。在图7,仿真结果非常符合理论值的磁聚焦和散焦交互和弱场的小偏差测量区域。这意味着,在磁场的边缘区域,在实验中可能有偏差。
(一)
(b)
空间分辨率可以采取的分析线波束展宽的图像平面。电子分布的统计结果在图像平面如图8。
和下面的分析结果如表所示2。
仿真结果表明RMS空间分辨率的设计比4微米的 - - - - - -轴和 - - - - - -轴。和磁场强度的分布领域采取的这种方法是连续的。事实上,对于小尺寸试样,空间分辨率也可以提高了级联放大陆军以获得更多微妙的结构。
5。结论
我们提出一种新的方法来诊断基于陆军的瞬态磁场梁线设计。50伏穿透四极模型的仿真结果表明,该方法具有较高的准确性强场测量无论是否聚焦和散焦磁场梯度交互。同时,空间分辨率比4微米也在我们的模拟。当然,小孔径应用程序或更优化的光束线设计可以获得更好的空间分辨率。总之,这些结果表明,这种方法非常适合瞬态磁场强度的精确诊断。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由中国国家重点研发项目支持下格兰特(没有。SQ2019YFA040016)。