CN102841107A - 重离子单粒子效应双轴自动限束光阑 - Google Patents

Abstract

本发明属于重离子试验设备的研究，具体涉及一种重离子单粒子效应双轴自动限束光阑。其结构包括设置在滑动导轨上的两块水平活动挡板和两块垂直活动挡板，每块活动挡板分别与挡板控制臂连接，两块水平活动挡板的挡板控制臂分别通过螺母与水平双向丝杠连接，两块垂直活动挡板的挡板控制臂分别通过螺母与垂直双向丝杠连接，水平双向丝杠和垂直双向丝杠的端部通过垂直变向齿轮相连接，垂直双向丝杠或水平双向丝杠通过联轴器与步进电机连接，两块水平活动挡板和两块垂直活动挡板分别在步进电机的带动下同步对向运动。本发明可以实现束斑尺寸的快速连续调节，从而提高试验效率、增加试验方案灵活性。

Description

重离子单粒子效应双轴自动限束光阑

技术领域

本发明属于重离子试验设备的研究，具体涉及一种重离子单粒子效应双轴自动限束光阑。

背景技术

在重离子单粒子试验中，为了使离子束斑既可以覆盖被测芯片的整个灵敏区又不影响周围器件，需要依据试验样品板的结构布局合理选择束斑尺寸。目前限定离子束斑尺寸的手段为在样品辐照靶室入口处手动安装特定尺寸的单片限束光阑，然而由于光阑安装过程是在试验前完成，如果试验过程中需要改变束斑尺寸，则需破坏靶室真空环境，降低试验效率。因此，针对单粒子试验中的束斑尺寸调节问题，需要开展重离子单粒子效应试验中束斑尺寸的自动化控制设计研究，实现束斑尺寸快速连续调节。

发明内容

本发明的目的是为了实现重离子单粒子效应试验中束斑尺寸的快速连续调节，提供一种重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，以提高试验效率、增加试验方案灵活性。

本发明的技术方案如下：一种重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，包括设置在滑动导轨上的两块水平活动挡板和两块垂直活动挡板，每块活动挡板分别与挡板控制臂连接，两块水平活动挡板的挡板控制臂分别通过螺母与水平双向丝杠连接，两块垂直活动挡板的挡板控制臂分别通过螺母与垂直双向丝杠连接，水平双向丝杠和垂直双向丝杠的端部通过垂直变向齿轮相连接，垂直双向丝杠或水平双向丝杠通过联轴器与步进电机连接，两块水平活动挡板和两块垂直活动挡板分别在步进电机的带动下同步对向运动。

进一步，如上所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其中，所述的活动挡板为铝材质，厚度为3~5mm。

进一步，如上所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其中，所述的两块水平活动挡板和两块垂直活动挡板构成方形光阑的挡板边缘的光洁度小于或等于1.6。

进一步，如上所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其中，所述的水平双向丝杠和垂直双向丝杠上分别设有两段反向的螺纹；两块水平活动挡板的挡板控制臂分别通过螺母连接在水平双向丝杠的不同方向的螺纹段，两块垂直活动挡板的挡板控制臂分别通过螺母连接在垂直双向丝杠的不同方向的螺纹段。

进一步，如上所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其中，所有元件均固定在一块铝质底板上，铝质底板对应光阑的位置设有开口；水平双向丝杠和垂直双向丝杠通过轴承座固定在铝质底板上。

本发明的有益效果如下：本发明从重离子单粒子效应试验中的束斑尺寸自动化控制因素考虑，其针对性更强，束斑尺寸在1cm×1cm～ 5cm×5cm之间连续可调，误差小于0.5mm，满足试验大束斑要求；而且本发明可以实现本地、远程双控制与真空环境运行，为辐射防护工作和试验方案灵活性提供了较好的支持；整套装置在尽量少的元件下完成预设功能，并且考虑单个步进电机控制、组合传动的方案，使得装置更加轻便易装，方便今后操作、维护。

附图说明

图1为本发明的活动挡板的设置结构示意图；

图2为本发明一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明的整体设计方案如图1所示，设计水平、垂直两组（四个）可同步运动的活动挡板，通过每一组挡板之间的对向运动，构造尺寸可调的方形光阑。两块水平活动挡板1、2和两块垂直活动挡板3、4分别设置在滑动导轨5上，滑动导轨5呈十字交叉状，由导轨固定架6固定。

整个设计方案还需要从材料选取、材料厚度、离子散射以及自动控制机制方面做细致考虑，具体如下：

材料选取：必须选择在离子辐照下不容易产生感生放射性的材料，而且材料密度尽可能小，使得整个装置轻便易装；本发明选择的主要材料为铝。

 材料厚度：用来构成束斑尺寸自动化控制装置的挡板厚度须超过试验可提供的所有重离子在该材料中的最大射程，而且要保证其机械强度；考虑到能量为25MeV的质子在铝中的射程为3mm，实际在串列加速器上使用到的重离子束流在铝中的射程均小于上述3mm的射程，综合上述两个因素，设计挡板厚度为3~5mm ，优选为4mm。

离子散射：用来构成束斑尺寸自动化控制装置的挡板边缘必须有足够高的光洁度，防止离子在边缘的散射。本发明对构成方形光阑的四个挡板边缘均进行抛光处理,光洁度小于或等于1.6。

自动控制：整套装置应该在尽量少的元件下完成预设功能，并且考虑单个步进电机控制、组合传动的方案，以使装置易于操作、维护，此外还要实现本地和远程两种控制方式，因而要选择合适的通讯方式，开发（或使用已有）控制软件。本发明的控制过程为：步进电机通过联轴器带动丝杆转动一定角度，两个螺母在丝杆上对向移动，带动活动挡板在导轨之间对向滑动，改变光阑开口尺寸。

实施例

如图2所示，在一个具体实施例中，所有元件均固定在铝制底板17上，底板设有6cm×6cm的开口18，以便离子束通过。水平、垂直两组导轨5通过导轨固定架6固定在底板17上，两组导轨紧贴，以减小离子通过两组活动挡板之间缝隙的散射；两块水平活动挡板1、2的挡板控制臂7、8分别通过螺母与水平双向丝杠11连接，两块垂直活动挡板3、4的挡板控制臂9、10分别通过螺母与垂直双向丝杠12连接，活动挡板由螺母带动，可以在导轨之间滑动。水平双向丝杠11和垂直双向丝杠12通过轴承座16固定在底板17上，水平双向丝杠11和垂直双向丝杠12分别设有两段反向的螺纹；两块水平活动挡板1、2的挡板控制臂7、8分别通过螺母连接在水平双向丝杠11的不同方向的螺纹段，两块垂直活动挡板3、4的挡板控制臂9、10分别通过螺母连接在垂直双向丝杠12的不同方向的螺纹段；水平双向丝杠11和垂直双向丝杠12的端部通过1:1垂直变向齿轮15连接，实现同步转动，丝杆两端纹丝反向，从而可以实现螺母对向移动。步进电机14与垂直双向丝杆12之间通过联轴器13连接，当然，也可以将水平双向丝杠11通过联轴器与步进电机连接，两块水平活动挡板1、2和两块垂直活动挡板3、4分别在步进电机14的带动下同步对向运动。

控制过程（以垂直部分为例，水平部分与其同步）：步进电机通过联轴器带动垂直丝杆转动一定角度，两个螺母在丝杆上对向移动，带动活动挡板在导轨之间对向滑动，改变光阑垂直开口尺寸。

该装置束斑尺寸设计为1cm×1cm～5cm×5cm之间连续可调，还可以灵活地进行束斑尺寸的扩展，而且整套装置在控制、传动部分的设计尽量向小型、稳定方向发展，不仅使装置更加轻便，而且可以节约试验装置中有限的利用空间，方便今后操作、维护。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其特征在于：包括设置在滑动导轨（5）上的两块水平活动挡板（1、2）和两块垂直活动挡板（3、4），每块活动挡板分别与挡板控制臂连接，两块水平活动挡板（1、2）的挡板控制臂（7、8）分别通过螺母与水平双向丝杠（11）连接，两块垂直活动挡板（3、4）的挡板控制臂（9、10）分别通过螺母与垂直双向丝杠（12）连接，水平双向丝杠（11）和垂直双向丝杠（12）的端部通过垂直变向齿轮（15）相连接，垂直双向丝杠（12）或水平双向丝杠（11）通过联轴器（13）与步进电机（14）连接，两块水平活动挡板（1、2）和两块垂直活动挡板（3、4）分别在步进电机（14）的带动下同步对向运动。

2. 如权利要求1所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其特征在于：所述的活动挡板为铝材质，厚度为3～5mm。

3. 如权利要求1或2所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其特征在于：所述的两块水平活动挡板（1、2）和两块垂直活动挡板（3、4）构成方形光阑的挡板边缘的光洁度小于或等于1.6。

4. 如权利要求1所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其特征在于：所述的水平双向丝杠（11）和垂直双向丝杠（12）上分别设有两段反向的螺纹；两块水平活动挡板（1、2）的挡板控制臂（7、8）分别通过螺母连接在水平双向丝杠（11）的不同方向的螺纹段，两块垂直活动挡板（3、4）的挡板控制臂（9、10）分别通过螺母连接在垂直双向丝杠（12）的不同方向的螺纹段。

5. 如权利要求1或4所述的重离子单粒子效应双轴自动限束光阑，其特征在于：所有元件均固定在一块铝质底板（17）上，铝质底板（17）对应光阑的位置设有开口（18）；水平双向丝杠（11）和垂直双向丝杠（12）通过轴承座（16）固定在铝质底板（17）上。

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