質子偏轉法用於電容線圈靶的磁場測量

2021-01-20 高功率雷射科學與工程

圖1 驅動電容線圈工作的環境實物圖(輻射變色薄膜(RCF)在圖外;在質子箔和電容線圈之間安裝了金網,用於質子圖像中的視覺參考)

該實驗裝置的特點有:1)使用RCF成像方法獲得兩個方向上質子束的能量分布圖像,通過相關計算,可以得到電容線圈靶中磁場強度的三維分布信息;2)通過在沿軸方向上測量網格的變形量,並結合垂直於軸方向上的空洞直徑和導線厚度,可以得到一個相對準確的磁感應強度,同時屏蔽了電場的幹擾;3)允許在相同條件下從兩個方向測量電磁場,規避了場的幾何形狀不均勻和兩發雷射之間的參數誤差。

如圖2所示,通過比較垂直於軸方向上的RCF圖像和模擬圖(僅有磁場)可知,直徑為1~2 mm的單環線圈在t > 0.8 ns時,可以產生約5 kA的電流,相應在線圈中心的感應磁場可達6 T~3 T。在前期研究中發現,電容靶工作時會在線圈附近有負電荷的積累,從而形成電場影響到產生空洞的大小。因此在模擬中引入了電場,結果顯示在直徑為1 mm的單環線圈周圍電荷量的分布上限為-10 nC,最大產生約15 kA的電流。此外值得注意的一點是,質子束的旋轉角度並不受發散角和電場的明顯影響,這保證了環路磁場的測量有效。這一結論適用於電流小於10 kA的所有直徑的單環線圈。

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