CN107329166A - 一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，包括探针靶头及固接结构；其中，所述探针靶头由多丝探针、陶瓷块、连接杆构成；所述钨丝一端部穿过陶瓷块上的通孔伸入连接杆内，钨丝通过焊接固接在陶瓷块中，陶瓷块通过焊接固接在连接杆一端内；所述固接结构包括铝合金连接件与传动杆；所述连接杆与传动杆通过铝合金连接件拼接。本发明探测靶头可通过不同丝上的电信号强弱以及传动杆点动的运动模式测量分别获得束流的轴向和径向位置信息，从而进行束流的调试，实现加速器稳定高效运行，具有高分辨率、高精度、测量简便、无需开腔即可更换探针的特点。

Description

一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头

技术领域

本发明属于等时型超导回旋加速器技术领域，具体涉及一种用于SC200超导回旋加速器主机内部引出区束流位置分辨的测量探测靶头。

背景技术

回旋加速器是用高频电场加速质子到很高能量的装置，与其他类型的回旋加速器相比具有连续束运行和高平均流强的特点，加速器在发展过程中，人们逐步认识到它在许多科技和国民经济领域，都有着广阔的十分重要的应用，在核物理、能源、医疗卫生等领域应用越来越广泛，其中在核医学方面掀起一股热潮。束流诊断系统作为加速器一个重要的组成部分，为加速器调试提供准确的参考信息，被誉为加速器的“眼睛”。在束流性能调试、关键参数优化、加速器性能改善以及运行状态等方面起重要作用。该系统用于测量束流的各种参数，包括束流流强、位置、截面、发射度等，主要组成部分包括测量探头、信号处理电子设备、计算机及控制网络等，在加速器主机内部采用探测靶与束流相互作用获得携带束流信息的光、电信号，对探头输出光、电信号进行处理，从中提取粒子束流位置信息，根据测得的束流参数推算加速器特性参数，主机引出区束流诊断主要在静电偏转板、磁通道位置进行束流参数测量，观测束流在引出过程中是否偏离轨道，针对所测结果进行加速器束流运行轨道的调整。作为医用加速器，为患者提供高品质高稳定性的质子束流是主要任务，为了达到该目标，必须采用一套完备的束流测量装置，以便诊断各种束流参数和改善机器运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，用于测量紧凑型超导质子回旋加速器主机内部引出区束流位置信息，该方案解决了主机内部因空间受限使得束流装置很难放置以及测量位置分辨率低的问题，能够准确测量静电偏转板以及磁通道端口的束流位置信息，为引出束流的品质以及加速器运行提供参考，其测量原理简单可靠，可行性高，操作简便等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，包括探针靶头及固接结构；其中，所述探针靶头由多丝探针、陶瓷块、连接杆构成；所述钨丝一端部穿过陶瓷块上的通孔伸入连接杆内，钨丝通过焊接固接在陶瓷块中，陶瓷块通过焊接固接在连接杆一端内；所述固接结构包括铝合金连接件与传动杆；所述连接杆与传动杆通过铝合金连接件拼接。

所述多丝探针的丝材料选用钨丝；所述陶瓷块呈圆柱形形状，其沿其轴向设有通孔，陶瓷块选用绝缘氮化铝陶瓷；所述连接杆内部为空心设置。

所述铝合金连接件内部为空心设置，其两端部呈台阶口形状；所述传动杆内部为空心设置；所述铝合金连接件的两端分别插入在连接杆与传动杆内，连接杆与传动杆在侧面设有螺钉孔，铝合金连接件与连接杆的环侧面通过第一螺钉连接，铝合金连接件与传动杆的环侧面通过第二螺钉连接。

所述传动杆推动所述探针靶头径向运动，获取分析束流轰击靶头不同位置的靶丝所产生的电流信号来判断束流的位置信号。

所述多丝探针的丝摆放位置与束流方向相互垂直，轴向分布不同位置丝上的电流信号反映束流轴向位置分布信号。

该探测靶头测量引出区束流位置信息的方法为：

静电偏转板后端采用径向插入探针测束流轴向信号，通过不同丝的信号分布判断束流偏上或偏下；磁通道端口束流测量采用径向步进插入，测量原理与静电偏转板相同可获得轴向位置，传动杆点动形式至不同位置测量，对比不同点的位置信息，获得径向信号。

本发明的有益效果：本发明探测靶头可通过不同丝上的电信号强弱以及传动杆点动的运动模式测量分别获得束流的轴向和径向位置信息，从而进行束流的调试，实现加速器稳定高效运行；径向信息的采集选用传动杆径向间歇运动的形式避免了在加速器铁轭垂直开孔测量方式，同时相对于固定式测量方案位置分辨率更高，具有高分辨率、高精度、测量简便、无需开腔即可更换探针的特点。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头剖视图；

图中标号：1-钨丝、2-陶瓷块、3-连接杆、4-第一螺钉、5-铝合金连接件、6-传动杆、7-第二螺钉。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，参考附图1，包括探针靶头及固接结构；

其中，探针靶头由多丝探针、陶瓷块2、连接杆3构成；多丝探针的丝材料选用钨丝1；陶瓷块2呈圆柱形形状，其沿其轴向设有通孔，陶瓷块2选用绝缘氮化铝陶瓷；连接杆3内部为空心设置；

首先，钨丝1一端部穿过陶瓷块上的通孔伸入连接杆3内，钨丝1通过焊接固接在陶瓷块2中，陶瓷块2采用同样方法与连接杆3一端固定形成一个组件，上述设计方便丝与丝之间以及丝与连接杆的信号屏蔽；

固接结构包括铝合金连接件5、第一螺钉4、第二螺钉7与传动杆6；铝合金连接件5内部为空心设置，其两端部呈台阶口形状；传动杆6内部为空心设置；

连接杆3与传动杆6通过铝合金连接件5拼接，然后采用第一螺钉4、第二螺钉7固定；具体地，铝合金连接件5的两端分别插入在连接杆3与传动杆6内，连接杆与传动杆在侧面设有螺钉孔，铝合金连接件5与连接杆3的环侧面通过第一螺钉4连接，铝合金连接件5与传动杆6的环侧面通过第二螺钉7连接；位于连接杆3内的钨丝一端部伸入至铝合金连接件5空心内；

因为传动杆6与后续的传动机构是固定的，在运行和调试期间先把多丝探针头部钨丝组件与铝合金连接件通过第一螺钉4固接，后再与传动杆6通过第二螺钉7固接，保证钨丝1进入主机内部后的横向截面是与束流通道的端面相平行，束流轰击靶丝所产生的电流信号更直观反映束流轴向位置信息；传动杆6推动靶头运动到所需位置后，在传动杆6撤出过程中进行多点实时测量，在测量结束后传动杆6撤出，拆除第一螺钉4、第二螺钉7可进行靶头的更换。

上述技术方案中：多丝埋入陶瓷圆柱中，该陶瓷与空心连接杆3焊接组成组合件，传动机构推动靶头径向运动，获取分析束流轰击靶头不同位置的靶丝所产生的电流信号来判断束流的位置信号。

多丝探针的钨丝摆放位置与束流方向相互垂直，轴向分布不同位置丝上的电流信号反映束流轴向位置分布信号。

多根钨丝通过焊接固接在陶瓷块中，陶瓷与连接杆3钎焊来保证二者同轴线，丝、陶瓷、连接杆三者组成一个组件。

连接杆与传动杆在侧面设有螺钉孔，实现多丝靶头的可更换。

探测靶头的多丝探针丝材料选用钨，束流轰击丝材料产生二次电子的发射系数较高，二次电子逃逸数目多，电荷差明显，沉积于丝内部的带正电粒子相对其他材料更多，信噪比较高。

陶瓷块设有通孔一方面用于焊接丝，另一方面用于缠绕连接杆内设有的信号引出线，陶瓷将丝与丝之间，丝与连接杆之间实现信号屏蔽。

探测靶头测量方式为：静电偏转板后端采用径向插入探针测束流轴向信号，通过不同丝的信号分布判断束流偏上或偏下；磁通道端口束流测量采用径向步进插入，测量原理与静电偏转板相同可获得轴向位置，传动杆点动形式至不同位置测量，对比不同点的位置信息，获得径向信号。

本发明的探测靶头主要由6根直径为1mm的钨丝、绝缘氮化铝陶瓷、连接件、空心传动杆组成。此种结构的探测靶头可通过不同丝上的电信号强弱以及传动杆点动的运动模式测量分别获得束流的轴向和径向位置信息，从而进行束流的调试，实现加速器稳定高效运行；径向信息的采集选用传动杆径向间歇运动的形式避免了在加速器铁轭垂直开孔测量方式，同时相对于固定式测量方案位置分辨率更高，具有高分辨率、高精度、测量简便、无需开腔即可更换探针的特点。

本发明基于质子轰击靶材料发生核反应来测次级电子逃逸后残留于材料内的正电荷数目形成的电流信号间接判断束流位置信息，是一种非拦截式的测量。

应用于束流诊断核反应电荷测量原理：在束流垂直轰击靶头不同位置的丝时发生核反应，对二次电子最大动能进行估算，已知引出区质子能量约200MeV；二次电子能量公式：

其中，E_max是二次电子的最大能量；m_e、m_p分别是电子和质子的质量；E_p是入射质子的能量；θ是入射质子与出射电子之间的夹角。

对于入射质子能量约为200MeV，产生的二次电子最大动能不超过400keV，由于产生的二次电子的动能小于电子的静止能量，在此可忽略二次电子的相对论效应，则:

m_e＝m_e0 (2)

二次电子动能为：

在相同的磁场下，二次电子与质子的回旋比为

对于多探头，两丝之间距离至少要保持2r_e间距，据此设计丝间距为2mm，这样才能保证产生的二次电子逃逸并能避免飞到邻近丝上。二次电子逃逸后丝内部残留的带正电的粒子以及电子逃逸的相对运动形成电流，通过测量每根丝电流大小分析束流位置，该方法测量结果更加准确，同时靶头可作间歇运动进行实时测量并反馈位置信息，位置精度更高。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，其特征在于，包括探针靶头及固接结构；

其中，所述探针靶头由多丝探针、陶瓷块、连接杆构成；所述钨丝一端部穿过陶瓷块上的通孔伸入连接杆内，钨丝通过焊接固接在陶瓷块中，陶瓷块通过焊接固接在连接杆一端内；

所述固接结构包括铝合金连接件与传动杆；所述连接杆与传动杆通过铝合金连接件拼接。

2.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，其特征在于，所述多丝探针的丝材料选用钨丝；所述陶瓷块呈圆柱形形状，其沿其轴向设有通孔，陶瓷块选用绝缘氮化铝陶瓷；所述连接杆内部为空心设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，其特征在于，所述铝合金连接件内部为空心设置，其两端部呈台阶口形状；所述传动杆内部为空心设置；所述铝合金连接件的两端分别插入在连接杆与传动杆内，连接杆与传动杆在侧面设有螺钉孔，铝合金连接件与连接杆的环侧面通过第一螺钉连接，铝合金连接件与传动杆的环侧面通过第二螺钉连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，其特征在于，所述传动杆推动所述探针靶头径向运动，获取分析束流轰击靶头不同位置的靶丝所产生的电流信号来判断束流的位置信号。

5.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，其特征在于，所述多丝探针的丝摆放位置与束流方向相互垂直，轴向分布不同位置丝上的电流信号反映束流轴向位置分布信号。

6.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区束流测量探测靶头，其特征在于，该探测靶头测量引出区束流位置信息的方法为：

传动杆采用径向插入回旋加速器主机内部至静电偏转板后端，靶头上排布的探针测束流轴向位置信号，通过不同位置丝的信号分布判断束流偏上或偏下；磁通道端口束流测量采用径向步进插入，测量原理与静电偏转板相同可获得束流轴向位置信息，传动杆点动形式至不同位置测量，对比不同点的位置信息，间接获得径向信号。