一种中子极化翻转装置及翻转器

申请号 CN202211528470.6 申请日 2022-11-30 公开(公告)号 CN115831432A 公开(公告)日 2023-03-21
申请人 散裂中子源科学中心; 中国科学院高能物理研究所; 发明人 叶凡; 王天昊; 张俊佩; 赛德·穆赫德·阿米尔; 孟鑫沛; 郑玉杰; 白波; 黄楚怡; 秦泽聪; 童欣;
摘要 一种 中子 极化翻转装置,包括:导向磁体用于在预设区域内产生导向 磁场 ;翻转组件包括翻转 支架 、第一线圈和第二线圈,第一线圈和第二线圈通过缠绕在翻转支架上以设于预设区域内,驱动装置用于接收到 加速 器的打靶控制 信号 后输出 电流 至所述第一线圈,以产生与导向磁场相反的补偿磁场,并使得导向磁场与补偿磁场在相交的区域内形成去磁场区域,还用于输出电流至所述第二线圈,以使得在去磁场区域产生与导向磁场、补偿磁场 正交 的进动磁场。基于中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转,使得中子极化翻转器结构简单,实现方便,翻转速度快,且可以接收加速器的打靶 控制信号 后,并随着打靶控制信号进行中子翻转。本 发明 还提供了一种中子极化翻转器。
权利要求

1.一种中子极化翻转装置,其特征在于,包括:
导向磁体,用于在预设区域内产生导向磁场
翻转组件,包括翻转支架、第一线圈和第二线圈,所述第一线圈和第二线圈通过缠绕在翻转支架上以设于所述预设区域内,
驱动装置,用于接收到加速器的打靶控制信号后输出电流至所述第一线圈,以产生与所述导向磁场相反的补偿磁场,并使得所述导向磁场与所述补偿磁场在相交的区域内形成去磁场区域,所述驱动装置还用于输出电流至所述第二线圈,以使得在所述去磁场区域产生与导向磁场、补偿磁场正交的进动磁场,所述进动磁场用于对进入其内的中子进行极化翻转。
2.一种中子极化翻转器,其特征在于,包括:
导向磁体,用于在预设区域内产生导向磁场;
翻转组件,包括翻转支架、第一线圈和第二线圈;
所述第一线圈和第二线圈通过缠绕在翻转支架上以设于所述预设区域内,所述第一线圈用于通电后产生与所述导向磁场相反的补偿磁场,以使得所述导向磁场与所述补偿磁场在相交的区域内形成去磁场区域,所述第二线圈用于通电后在所述去磁场区域产生与导向磁场、补偿磁场正交的进动磁场,所述进动磁场用于对进入其内的中子进行极化翻转。
3.如权利要求1或2所述的中子极化翻转器,其特征在于,所述导向磁体包括第一组磁体和第二组磁体;
所述第一组磁体和第二组磁体相对地设置于所述预设区域的两侧,所述第一组磁体和第二组磁体之间平行放置,使得第一组磁体和第二组磁体之间在预设区域内产生的导向磁场为均匀磁场。
4.如权利要求3所述的中子极化翻转器,其特征在于,所述导向磁体还包括第一组磁体支架和第二组磁体支架;
所述第一组磁体和第二组磁体均包括多个磁,所述第一组磁体支架和第二组磁体支架均开设有多个与所述磁铁匹配的安装槽,多个所述磁铁分别设于第一组磁体支架和第二组磁体支架的安装槽,以分别形成所述第一组磁体和所述第二组磁体。
5.如权利要求3所述的中子极化翻转器,其特征在于,所述翻转支架包括两根相互平行的平缠绕柱,以及分别垂直于水平缠绕柱的两根竖直缠绕柱;
所述第一线圈以垂直于水平缠绕柱的方向缠绕在两根水平缠绕柱上,所述第二线圈以正交于竖直缠绕柱的方向缠绕在两根竖直缠绕柱上,两根所述竖直缠绕柱分别与第一组磁体和第二组磁体平行设置。
6.如权利要求5所述的中子极化翻转器,其特征在于,两根所述水平缠绕柱或者两根所述竖直缠绕柱延长形成露出于翻转支架的安装,所述安装块用于翻转支架的安装固定。
7.如权利要求2所述的中子极化翻转器,其特征在于,所述第二线圈在对中子进行一次极化翻转时所接收驱动装置输出的电流是变化的,以产生磁场强度变化的所述进动磁场,所述进动磁场的强度变化速率小于预设值。
8.如权利要求7所述的中子极化翻转器,其特征在于,所述进动磁场的磁场强度由初始磁场强度变化至预设磁场强度,再由预设磁场强度变化至初始磁场强度。
9.如权利要求2所述的中子极化翻转器,其特征在于,所述第二线圈用于在中子向进动磁场发射时接收驱动装置输出的电流,以产生所述进动磁场。
10.如权利要求2所述的中子极化翻转器,其特征在于,还包括两块支撑板和四块安装支架,其中两块所述安装支架的一端夹持着其中一块支撑板的一端,其中两块所述安装支架的另一端夹持着另一块支撑板的一端,另外两块所述安装支架的一端夹持着其中一块支撑板的另一端,另外两块所述安装支架的另一端夹持着另一块支撑板的另一端,所述导向磁体固定于两块支撑板之间,所述翻转支架至少固定于一块安装支架上。

说明书全文

一种中子极化翻转装置及翻转器

技术领域

[0001] 本发明涉及中子极化翻转技术领域,具体涉及一种中子极化翻转装置及翻转器。

背景技术

[0002] 中子具有不带电、有磁矩、穿透性强的特点,其可分辨轻元素、同位素和近邻元素,是探索物质微观结构的有手段。极化后的中子将更进一步发挥其优势,在凝聚态物理和化学、纳米材料蛋白质生物、工业无损深度探伤等众多领域得到广泛应用。在极化中子实验中需要对中子的极化进行翻转,以测量中子的不同极化态在总束流中所占的比重,这是计算中子极化率所必需的操作。
[0003] 实现中子极化翻转的装置叫做极化翻转器,用以改变中子的自旋与其导向磁场之间的相对度。基于不同的实现原理,极化翻转器包括Π极化翻转器,RF极化翻转器等种类,但是这些极化翻转器的实现均比较复杂,翻转速度慢,例如,一种常见的极化翻转器中,其通过真空恒温器为超导抗磁体组件提供真空低温的环境,使得超导抗磁体组件在真空恒温器内形成一层迈斯纳抗磁层。然后通过在迈斯纳抗磁层的两侧形成两个磁场方向相反的导向磁场,导向磁场用于对穿过该导向磁场的中子极化进行导向,并使得穿过迈斯纳抗磁层后的中子的极化发生翻转。由于该极化翻转器中需要对超导抗磁体组件提供真空低温的环境,因此导致其实现复杂,实现成本高,且翻转速度慢。

发明内容

[0004] 本发明主要解决的技术问题是极化翻转器实现复杂,实现成本高,翻转速度慢。
[0005] 根据第一方面,一种实施例中提供一种中子极化翻转装置,包括:
[0006] 导向磁体,用于在预设区域内产生导向磁场;
[0007] 翻转组件,包括翻转支架、第一线圈和第二线圈,所述第一线圈和第二线圈通过缠绕在翻转支架上以设于所述预设区域内,
[0008] 驱动装置,用于输出电流至所述第一线圈,以产生与所述导向磁场相反的补偿磁场,并使得所述导向磁场与所述补偿磁场在相交的区域内形成去磁场区域,所述驱动装置还用于输出电流至所述第二线圈,以使得在所述去磁场区域产生与导向磁场、补偿磁场正交的进动磁场,所述进动磁场用于对进入其内的中子进行极化翻转。
[0009] 根据第二方面,一种实施例中提供一种中子极化翻转器,包括:
[0010] 导向磁体,用于在预设区域内产生导向磁场;
[0011] 翻转组件,包括翻转支架、第一线圈和第二线圈;
[0012] 所述第一线圈和第二线圈通过缠绕在翻转支架上以设于所述预设区域内,所述第一线圈用于通电后产生与所述导向磁场相反的补偿磁场,以使得所述导向磁场与所述补偿磁场在相交的区域内形成去磁场区域,所述第二线圈用于通电后在所述去磁场区域产生与导向磁场、补偿磁场正交的进动磁场,所述进动磁场用于对进入其内的中子进行极化翻转。
[0013] 一些实施例中,所述导向磁体包括第一组磁体和第二组磁体;
[0014] 所述第一组磁体和第二组磁体相对地设置于所述预设区域的两侧,所述第一组磁体和第二组磁体之间平行放置,使得第一组磁体和第二组磁体之间在预设区域内产生的导向磁场为均匀磁场。
[0015] 一些实施例中,所述导向磁体还包括第一组磁体支架和第二组磁体支架;
[0016] 所述第一组磁体和第二组磁体均包括多个磁,所述第一组磁体支架和第二组磁体支架均开设有多个与所述磁铁匹配的安装槽,多个所述磁铁分别设于第一组磁体支架和第二组磁体支架的安装槽,以分别形成所述第一组磁体和所述第二组磁体。
[0017] 一些实施例中,所述翻转支架包括两根相互平行的平缠绕柱,以及分别垂直于水平缠绕柱的两根竖直缠绕柱;
[0018] 所述第一线圈以垂直于水平缠绕柱的方向缠绕在两根水平缠绕柱上,所述第二线圈以正交于竖直缠绕柱的方向缠绕在两根竖直缠绕柱上,两根所述竖直缠绕柱分别与第一组磁体和第二组磁体平行设置。
[0019] 一些实施例中,两根所述水平缠绕柱或者两根所述竖直缠绕柱延长形成露出于翻转支架的安装,所述安装块用于翻转支架的安装固定。
[0020] 一些实施例中,所述第二线圈在对中子进行一次极化翻转时所接收驱动装置输出的电流是变化的,以产生磁场强度变化的所述进动磁场,所述进动磁场的强度变化速率小于预设值。
[0021] 一些实施例中,所述进动磁场的磁场强度由初始磁场强度变化至预设磁场强度,再由预设磁场强度变化至初始磁场强度。
[0022] 一些实施例中,所述第二线圈用于在中子向进动磁场发射时接收驱动装置输出的电流,以产生所述进动磁场。
[0023] 一些实施例中,还包括两块支撑板和四块安装支架,其中两块所述安装支架的一端夹持着其中一块支撑板的一端,其中两块所述安装支架的另一端夹持着另一块支撑板的一端,另外两块所述安装支架的一端夹持着其中一块支撑板的另一端,另外两块所述安装支架的另一端夹持着另一块支撑板的另一端,所述导向磁体固定于两块支撑板之间,所述翻转支架至少固定于一块安装支架上。
[0024] 据上述实施例一种中子极化翻转器和中子极化翻转装置,通过导向磁体产生位于预设区域内的导向磁场,然后翻转组件在导向磁场的本底上,先通过第一线圈产生一个与导向磁场反向的补偿磁场,从而与之抵消并形成一个去磁场区域。再通过第二线圈产生一个与导向磁场和补偿磁场正交的进动磁场,其通过中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转,并在去磁场区域通过中子的极化进动实现中子的极化翻转。由于只需导向磁体、第一线圈和第二线圈分别产生导向磁场、补偿磁场和进动磁场,就可基于中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转,使得中子极化翻转器结构简单,实现方便。且在第一线圈和第二线圈通电后便可以产生用于中子极化翻转的磁场,从而提高了翻转速度。附图说明
[0025] 图1为中子极化翻转器的结构示意;
[0026] 图2为另一种实施例的导向磁体的结构示意图;
[0027] 图3为一种实施例的翻转支架的结构示意图;
[0028] 图4为一种实施例的中子极化翻转装置的框架图;
[0029] 图5为一种实施例的驱动装置的输出电流变化示意图。

具体实施方式

[0030] 下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中,很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没,而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0031] 另外,说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时,方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此,说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例,并不意味着是必须的顺序,除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0032] 本文中为部件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说明,均包括直接和间接连接(联接)。
[0033] 在本发明实施例中,通过该导向磁体产生持续的导向磁场,然后通过第一线圈和第二线圈分别产生中子极化翻转时所需的补偿磁场和进动磁场,然后基于中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转,其结构简单,实现方便。
[0034] 请参考图1,一些实施例中提供了一种中子极化翻转器,其包括导向磁体10和翻转组件,下面具体地进行说明。
[0035] 导向磁体10用于在预设区域内产生导向磁场。一些实施例中,导向磁体10在预设区域内产生的导向磁场为均匀磁场,导向磁场用于对处于导向磁场内的中子的极化矢量进行引导,而中子的极化矢量始终与导向磁场处于平行或反平行关系。
[0036] 请参考图1和图2,一些实施例中,导向磁体10包括第一组磁体12和第二组磁体12a。而第一组磁体12和第二组磁体12a相对地设置于所述预设区域的两侧,或者说第一组磁体12和第二组磁体12a之间的区域为预设区域,且第一组磁体12和第二组磁体12a之间平行放置,使得第一组磁体12和第二组磁体12a之间在预设区域内产生的导向磁场为均匀磁场。一些实施例中,第一组磁体12的磁极和第二组磁体12a的磁极相对设置,即第一组磁体
12的N极与第二组磁体12a的S极相对,第一组磁体12的S极和第二组磁体12a的N极相对,从而使得第一组磁体12和第二组磁体12a之间所产生的导向磁场为均匀磁场。一些实施例中,第一组磁体12和第二组磁体12a可以是永磁体,也可以是电磁体,由于导向磁场需要长时间的稳定存在,因此第一组磁体12和第二组磁体12a通常采用永磁体来实现,例如采用MdFeB磁铁。
[0037] 一些实施例中,导向磁体10还包括第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a,而第一组磁体12和第二组磁体12a均包括多个磁铁122,并分别由多个磁铁122拼接而成。本实施例中,第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a结构可以一致,第一组磁体12和第二组磁体12a结构可以一致,因此以第一组磁体支架14和第一组磁体12来进行说明。
[0038] 第一组磁体支架14开设有多个与磁铁122匹配的安装槽142,而多个磁铁122分别设于第一组磁体支架14的安装槽142内,以形成第一组磁体12。一些实施例中,安装槽142之间紧凑排布,使得磁铁122在第一组磁体支架14内,既能通过安装槽142分别进行安装放置,又能与相邻的磁铁122共同形成一较大的磁体。例如,安装槽142呈条形状,而磁铁122也呈对应的条形磁铁,安装槽142与安装槽142之间紧凑并排着设置,多个条形磁铁分别放置于不同的安装槽142共同形成一较大磁体。本实施例中,由于第一组磁体12和第二组磁体12a均由多个磁铁122拼接而成,因此第一组磁体12和第二组磁体12a之间产生导向磁场的强度和覆盖范围,由所拼接磁铁122的数量所决定,即所拼接磁铁122的数量越多,导向磁场的强度越大,所覆盖的范围也越大。由此可以通过放置不同数量的磁铁122以形成不同大小的第一组磁体12和第二组磁体12a,从而可以形成不同强度和覆盖范围的导向磁场,以适应不同的使用场合。
[0039] 一些实施例中,导向磁体10还包括第一保护壳16和第二保护壳16a。当多个磁铁122放置于第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a后,可以通过第一保护壳16和第二保护壳16a分别盖住第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a,从而遮住第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a的安装槽142,以及压住第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a上的磁铁122。本实施例中,增加第一保护壳16和第二保护壳16a,不仅可以对支架上的磁铁122进行保护,还可以对支架上的磁铁122进行固定,避免磁铁122产生位置的移动。本实施例中,第一保护壳16、第二保护壳16a、第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a均采用制成,而第一保护壳16和第二保护壳16a可以分别通过螺丝固定于第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a。
[0040] 请参考图3,翻转组件包括翻转支架20,以及缠绕在翻转支架20上的第一线圈和第二线圈(图中未示)。
[0041] 一些实施例中,翻转支架20包括两根相互平行的水平缠绕柱22,以及分别垂直于水平缠绕柱22的两根竖直缠绕柱26,而两根竖直缠绕柱26分别与第一组磁体12和第二组磁体12a平行设置。本实施例中,第一线圈以垂直于水平缠绕柱22的方向缠绕在两根水平缠绕柱22上,因此当缠绕好的第一线圈在通电后,其内部所产生的补偿磁场不仅是均匀磁场,而且方向是与水平缠绕柱22平行的,而第一组磁体12和第二组磁体12a之间所产生的导向磁场也是均匀磁场,但是方向是正交于第一组磁体12和第二组磁体12a的,因此补偿磁场与导向磁场处于同一水平方向,从而可以相互抵消以形成去磁场区域。同样的,第二线圈以正交于竖直缠绕柱26的方向缠绕在两根竖直缠绕柱26上,因此当缠绕好的第二线圈在通电后,其内部所产生的进动磁场不仅是均匀磁场,而且方向是与水平缠绕柱22平行的,因此进动磁场分别与导向磁场和补偿磁场正交。一些实施例中,两根竖直缠绕柱26不仅分别与第一组磁体12和第二组磁体12a平行设置,而且两根竖直缠绕柱26、第一组磁体12和第二组磁体12a还位于同一直线上,且两根竖直缠绕柱26位于第一组磁体12和第二组磁体12a之间,因此两根竖直缠绕柱26位于预设区域内,使得水平缠绕柱22、第一线圈和第二线圈也均设于预设区域内。
[0042] 其中,第一线圈缠绕在翻转支架20后呈螺旋状,用于通电后产生与导向磁场相反的补偿磁场,而导向磁场与补偿磁场在相交的区域内形成去磁场区域。由于补偿磁场与导向磁场的磁场强度相同且磁场方向相反,因此导向磁场与补偿磁场在相交的区域内会相互抵消,从而产生没有磁场存在的去磁场区域。而第二线圈缠绕在翻转支架20后也呈螺旋状,用于通电后在去磁场区域产生分别与导向磁场和补偿磁场正交的进动磁场,进动磁场用于对进入进动磁场的中子进行极化翻转。当第一线圈通电产生与导向磁场相反的补偿磁场后,第二线圈通电在去磁场区域产生分别与导向磁场和补偿磁场正交的进动磁场,从而通过中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转。
[0043] 本实施例中,翻转组件通过中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转,其基本原理是在导向磁体10产生的导向磁场的本底上,通过第一线圈产生一个与导向磁场反向的补偿磁场,从而与之抵消并形成一个去磁场区。然后再通过第二线圈产生一个与导向磁场和补偿磁场正交的进动磁场,从而在去磁场区通过中子的极化进动实现中子的极化翻转。而翻转的角度由进动磁场的大小来决定,进动磁场的大小则由通入第二线圈中的电流大小所决定。本实施例中,由于翻转组件结构简单,因此其厚度通常只有几厘米,非常适用于长度较短的谱仪线。本实施例中,在第一线圈和第二线圈通电后便可以产生用于中子极化翻转的磁场,从提高了翻转速度,其翻转时间可只需40ms,快于现有的其它极化翻转器。
[0044] 一些实施例中,由于翻转支架20位于预设区域内,因此第一线圈和第二线圈缠绕在翻转支架20后均设于预设区域内,以便产生与导向磁场相反的补偿磁场,以及分别与导向磁场和补偿磁场正交的进动磁场。另一些实施例中,翻转支架20的部分位于预设区域内,而第一线圈和第二线圈缠绕在位于预设区域的翻转支架20上,使得第一线圈和第二线圈均位于预设区域内。
[0045] 一些实施例中,两根水平缠绕柱22和两根竖直缠绕柱26一体成型,并形成口字型的翻转支架20。例如,将一块板的中间开一个口字型的镂空槽,从而使得这块板的四边分别形成两根水平缠绕柱22和两根竖直缠绕柱26。一些实施例中,两根水平缠绕柱22和两根竖直缠绕柱26也可以是拼接形成翻转支架20,而两根水平缠绕柱22和两根竖直缠绕柱26之间通过螺丝进行紧固。本实施例中,翻转支架20由电木材料制成,其具有较高的机械强度、良好的绝缘性,耐热、耐腐蚀。一些实施例中,两根水平缠绕柱22或者两根竖直缠绕柱26延长形成露出于翻转支架20的安装块26,然后翻转支架20通过安装块26进行安装固定。
[0046] 请再参考图1,一些实施例中,中子极化翻转器还包括两块支撑板30和四块安装支架40,其中两块安装支架40的一端夹持着其中一块支撑板30的一端,其中两块安装支架40的另一端夹持着另一块支撑板30的一端,另外两块安装支架40的一端夹持着其中一块支撑板30的另一端,另外两块安装支架40的另一端夹持着另一块支撑板30的另一端。本实施例中,安装支架40的两端分别开设有与支撑板30厚度匹配的卡槽42,从而通过两块安装支架40的配合可以较好的夹持住支撑板30,而夹持后的两块安装支架40之间可以由连接块连接,并通过螺丝固定。本实施例中,安装支架40由电木材料制成,其具有较高的机械强度、良好的绝缘性,耐热、耐腐蚀。本实施例中,支撑板30的两侧分别开设有与安装支架40厚度匹配的限位槽32,当两块安装支架40夹持住支撑板30时,两块安装支架40分别卡接于限位槽
32,从而使得两块安装支架40的位置不易移动。一些实施例中,支撑板30由制成。
[0047] 一些实施例中,导向磁体10的第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a分别固定于两块支撑板30之间。其中两块支撑板30相对的一面均开设有放置槽34,而第一组磁体支架14和第二组磁体支架14a的两端分别地接于两块支撑板30之间的放置槽34中,并通过两块支撑板30的夹持实现安装固定。本实施例中,翻转支架20至少固定于一块安装支架40上。其中,翻转支架20通过安装块安装与于安装支架40上,并通过螺丝进行紧固。而翻转支架20通过安装块至少固定于一块安装支架40上才能实现稳定安装。本实施例中,通过两块支撑板30和四块安装支架40之间的夹持安装,可以快速搭建出用于固定导向磁体10和翻转组件的安装结构,其安装简单且操作方便。
[0048] 请参考图1和图4,一些实施例中提供了一种中子极化翻转装置,中子极化翻转装置除了包括上述实施例中的中子极化翻转器,还包括驱动装置50。
[0049] 驱动装置50用于输出电流至第一线圈,使得第一线圈产生与导向磁场相反的补偿磁场,而补偿磁场与导向磁场为强度相同的均匀磁场。一些实施例中,驱动装置50还用于输出电流至第二线圈,使得第二线圈产生分别与导向磁场和补偿磁场正交的进动磁场,而补偿磁场和进动磁场的强度与驱动装置50输出的电流幅值相关。
[0050] 一些实施例中,驱动装置50包括信号发生器52和电流放大器54。其中,信号发生器52用于输出一个电压信号,而功率放大器用于根据信号发生器52输出的电压信号,生成相应的电流信号给第一线圈和第二线圈供电。例如信号发生器52输出的幅值范围为‑10V至+
10V,而功率放大器则相应的生成0A至20A的电流信号,因此功率放大器的作用相当于压控电流源,随着信号发生器52输出电压的变化从而改变输出的电流。通过驱动装置50产生用于控制的电压信号,以控制电流放大器54产生幅值足够大的电流信号,以满足第一线圈和第二线圈产生相应强度的磁场。
[0051] 一些实施例中,驱动装置50用于输出恒定电流给第一线圈,使得第一线圈产生的补偿磁场为恒定的均匀磁场。一些实施例中,驱动装置50用于输出恒定电流给第二线圈,使得第二线圈产生的进动磁场为恒定的强度,由于进入进动磁场的中子翻转角度由进动磁场的强度决定,因此当进动磁场的强度恒定时,中子的翻转角度也是固定的。
[0052] 请参考图5,一些实施例中,驱动装置50用于输出变化的电流给第二线圈,使得第二线圈产生强度变化的进动磁场,且强度变化速率小于预设值,一般是小于中子的进动速度。本实施例中,由于极化中子的自旋在传输过程中由于自旋方向和磁场方向发生了改变,因此是非绝热传输,即中子由导向磁场传输至进动磁场的过程;但是由于其角度是通过拉莫尔进动发生了改变,在改变的过程中中子自旋的夹角和磁场的方向未发生改变,因此是通过绝热旋转发生了角度的改变,即中子由进动磁场进行翻转的过程。本实施例中,当进动磁场在对中子进行一次极化翻转时,进动磁场由初始磁场强度变化至预设磁场强度,再由预设磁场强度变化至初始磁场强度。例如,当预设磁场强度小于初始磁场强度时,即进动磁场由初始磁场强度降低至预设磁场强度,再由预设磁场强度升至初始磁场强度,以完成中子的一次极化翻转。由于进入进动磁场的中子翻转角度由进动磁场的强度决定,因此当进动磁场的强度发生变化时,中子的翻转角度也是发生变化的,例如当预设磁场强度小于初始磁场强度时,中子是先将会翻转一个与初始磁场强度相关的角度,当进动磁场由初始磁场强度降低至预设磁场强度时,中子的翻转角度将会扭回至一个与预设磁场强度相关的角度,最后进动磁场再由预设磁场强度升至初始磁场强度,于是中子的翻转角度将会再扭回至与初始磁场强度相关的角度,从而实现翻转效率大于99%的中子翻转。一些实施例中,当进动磁场由初始磁场强度变化至预设磁场强度,以及再由预设磁场强度变化至初始磁场强度时,其磁场强度可以是均匀的直线变化,也可以是非均匀的曲线变化,只要变化速率小于中子的进动速度即可。
[0053] 请再参考图4,一些实施例中,驱动装置50用于接收到加速器的打靶控制信号后再输出电流给第一线圈和第二线圈。本实施例中,加速器是在向进动磁场发射中子时才会产生打靶控制信号并输出给驱动装置50,然后驱动装置50根据打靶控制信号输出相应的电流给第一线圈和第二线圈,从而使得只有中子将要进入进动磁场时,第一线圈和第二线圈才会分别产生补偿磁场和进动磁场,并对进入进动磁场的中子进行极化翻转。一些实施例中,加速器产生打靶控制信号输出给信号发生器52,并控制信号发生器52输出相应的电压,以控制电流放大器54输出相应的电流。
[0054] 上述的实施例中,先通过两块支撑板30和四块安装支架40搭建出用于固定导向磁体10和翻转组件的安装结构,然后将导向磁体10安装于两块支撑板30之间,以及将翻转组件安装于安装支架40上,此时导向磁体10产生位于预设区域内的导向磁场。当加速器在向翻转组件发射中子时,产生打靶控制信号并输出给驱动装置50。驱动装置50则输出相应的电流给第一线圈和第二线圈,使得第一线圈产生一个与导向磁场反向的补偿磁场,并与之抵消并形成一个去磁场区域。并使得第二线圈在去磁场区域产生一个与导向磁场和补偿磁场正交的进动磁场,然后通过中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转。第一方面,只需导向磁体10、第一线圈和第二线圈分别产生导向磁场、补偿磁场和进动磁场,就可基于中子的拉莫尔进动实现中子的极化翻转,使得中子极化翻转器结构简单,实现方便。第二方面,通过两块支撑板30和四块安装支架40来实现导向磁体10和翻转组件的安装,其安装简单,且操作方便。第三方面,驱动装置50是在接收到加速器打靶控制信号后,输出相应的电流使得翻转组件产生所需磁场,进而实现中子随打靶控制信号同步的翻转。
[0055] 以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员,依据本发明的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。
QQ群二维码
意见反馈