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测量离子束横向截面的闪烁体屏的热分析

王小胡 李嘉辉 杨振 龙继东 章林文

王小胡, 李嘉辉, 杨振, 等. 测量离子束横向截面的闪烁体屏的热分析[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 094001. doi: 10.11884/HPLPB201830.180054
引用本文: 王小胡, 李嘉辉, 杨振, 等. 测量离子束横向截面的闪烁体屏的热分析[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 094001. doi: 10.11884/HPLPB201830.180054
Wang Xiaohu, Li Jiahui, Yang Zhen, et al. Thermal effect of scintillation screens used for low energy deuterium ion beam profiling[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 094001. doi: 10.11884/HPLPB201830.180054
Citation: Wang Xiaohu, Li Jiahui, Yang Zhen, et al. Thermal effect of scintillation screens used for low energy deuterium ion beam profiling[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 094001. doi: 10.11884/HPLPB201830.180054

测量离子束横向截面的闪烁体屏的热分析

doi: 10.11884/HPLPB201830.180054
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11505147

详细信息
    作者简介:

    王小胡(1981-),男,博士,副研究员,从事核辐射探测技术研究;wxh@swust.edu.cn

  • 中图分类号: TL81

Thermal effect of scintillation screens used for low energy deuterium ion beam profiling

  • 摘要: 针对基于闪烁屏-CCD(电荷耦合元件)相机的氘离子束横向强度分布测量系统,利用ANSYS软件模拟计算了在直流及脉冲模式下,能量100 keV、束斑直径3 mm氘离子轰击造成的Al2O3, SiO2以及锗酸铋(BGO)三种候选闪烁体材料的表面温度变化。结果表明,在30 μA的直流氘离子束轰击下,闪烁体表面温度随辐照时间急剧地升高。持续时间10 min的氘离子束轰击将使三种材料前表面的温度分别升高131,234和649 ℃。对于峰值流强30 μA、重复频率1 Hz、脉宽5 μs的重复频率脉冲氘离子束,每个脉冲引起的三种闪烁屏表面的温度升高均小于0.05 ℃,且长时间的离子辐照基本不会造成闪烁屏的表面温度有明显的升高。对于脉宽5 μs的单脉冲氘离子束,三种材料的表面温度均随离子流强近似呈线性地增加。在单脉冲模式下,Al2O3,SiO2以及BGO闪烁屏能允许的最高离子流强分别为2.32,1.08和0.72 A,超过此流强其表面温度将达到熔点。
  • 图  1  模型建立

    Figure  1.  Model established for measurement

    图  2  600 s内30 μA时闪烁体表面中心处的温度变化曲线

    Figure  2.  Temperature change at the center of the surfaces of the scintillators in 600 s at 30 μA

    图  3  离子辐照600 s后的温度场分布

    Figure  3.  Temperature field nephograms after 600 s of ion itradiation

    图  4  表面径向温度分布曲线

    Figure  4.  Surface radial temperature distribution curves

    图  5  中心位置轴向温度分布曲线

    Figure  5.  Axial temperature distribution curves at center position

    图  6  30 s内闪烁体表面中心处的温度变化曲线

    Figure  6.  Temperature change at the center of the surfaces of the scintillators in 30 s

    图  7  闪烁屏体表面中心处的温度随离子流强的变化曲线

    Figure  7.  Temperature change of the surfaces of the scintillators as a function of ion current

    表  1  闪烁体的热物理性能参数(20 ℃)

    Table  1.   The thermal physical properties of scintillator (20 ℃)

    material thermal conductivity/(W·m-1·℃-1) specific heat/(J·kg-1·℃-1) density/(kg·m- 3) melting point/℃
    Al2O3 29.2 881.7 3970 2045
    BGO 2.6 305 7130 1050
    SiO2 11.7 744 2650 1710
    stainless steel 16 500 7930 1400
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-02-07
  • 修回日期:  2018-05-16
  • 刊出日期:  2018-09-15

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