CN107333379B - 一种超导质子回旋加速器束流偏转装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超导质子回旋加速器束流偏转装置，包括由接地外壳、束流切割板、外束流切割板夹持环、内束流切割板夹持环所围拢成的空间，在所述空间内设有高压电极，所述高压电极通过绝缘子固定接地外壳上。束流切割板在束流入口端的厚度为0.1‑0.3mm，中间部分厚度连续变化，至束流出口端的厚度为1‑3mm。束流切割板上设计有正弦型缝隙。外束流切割板夹持环上设置有水冷回路。本发明优化了超导质子回旋加速器中束流偏转装置的结构，设计了可更换打火板、水冷回路和抵抗束流热沉积的切割板结构可有效提高束流偏转机构的工作能力，同时可减小束流偏转机构的加工难度，降低制造成本。

Description

一种超导质子回旋加速器束流偏转装置

技术领域

本发明属于回旋加速器设计领域，具体涉及一种适用于200MeV超导质子回旋加速器束流引出的束流偏转装置。

背景技术

超导质子回旋加速器在核医学、核物理基础研究等领域有广泛的应用。与常温回旋加速器比较，超导质子回旋加速器具有结构紧凑，运行功率损耗小的优点。其中，束流引出区域的束流偏转装置是此类加速器的关键部件之一。由于空间的限制，在超导质子加速器中，所用的束流偏转装置多采用静电偏转方法。束流引出的静电偏转方法是采用静电偏转电压对束流施加向外的作用力，使束流脱离加速区进入边缘场区域，边缘磁场快速下降，导致束流偏转入引出磁通道内。

超导质子回旋加速器中磁极间隙很小，束流偏转装置布置在磁极谷区区域，由于空间尺寸限制，且静电高压一般在60-100kV左右,束流偏转装置在此电压情况下及易发生打火击穿现象，这就要求保证绝缘子的爬电距离，并保持束流偏转装置工作环境的真空度。超导质子回旋加速器束流发生偏转时，束流切割板处有较大热沉积，因此需要设计抑制热沉积的结构，防止束流切割板损坏带来的加速器运行异常事故的发生。

发明内容

针对超导质子回旋加速器中束流引出的问题，本发明提供一种超导质子回旋加速器束流偏转装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种超导质子回旋加速器束流偏转装置，包括由接地外壳、束流切割板、外束流切割板夹持环、内束流切割板夹持环围拢成的空间，在所述空间内设有高压电极，所述高压电极通过绝缘子固定接地外壳上，其特征在于：所述的绝缘子为螺旋柱状结构，每段螺旋之间的空气间隔为3-6mm，绝缘子的长度应保证爬电距离不低于25mm。

进一步，如上所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其中，所述的束流切割板由外束流切割板夹持环和内束流切割板夹持环夹持，通过螺栓连接，实现固定。

更进一步，所述的束流切割板在束流入口端的厚度为0.1-0.3mm；中间部分厚度连续变化，至束流出口端的厚度为1-3mm。

进一步，如上所述的超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，其中，所述的束流切割板在束流入口处的前60-80mm范围内，设计有正弦型缝隙，缝隙厚度为0.1-0.5mm。

进一步，如上所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其中，所述的接地外壳内表面上、下侧面各设置有固定凹槽，用于高压电极发生打火污染时，可更换打火板的固定。

更进一步，所述的凹槽的深度为1-2mm。

进一步，如上所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其中，所述的外束流切割板夹持环上布置有水冷回路，用于束流切割板的冷却。

进一步，如上所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其中，所述的高压电极垂直于束流运动方向的截面为环形，截面的直线段的长度为12-18mm，倒角半径为5-6mm。

本发明的有益效果：本发明优化了超导质子回旋加速器中束流偏转装置的结构，设计了可更换打火板、水冷回路和抵抗束流热沉积的切割板结构可有效提高束流偏转机构的工作能力，同时可减小束流偏转机构的加工难度，降低制造成本。

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为本发明束流偏转装置的整体结构示意图；

图2为本发明束流偏转装置的横向截面图；

图3为本发明束流偏转装置的束流切割板侧视示意图。

图4为本发明束流偏转装置的束流切割板俯视示意图。

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。

一种超导质子回旋加速器束流偏转装置，如图1所示，主要由接地外壳3、束流切割板7、外束流切割板夹持环6、内束流切割板夹持环5、绝缘子2和高压电极1组成。由于高电压装置在真空环境下运行可能会发生打火现象，因此，要求高压电极表面与接地金属表面保持安全距离。

其中，接地外壳3、束流切割板7、外束流切割板夹持环6、内束流切割板夹持环5围拢成一空间，在该空间内设有高压电极1，高压电极1通过绝缘子2固定接地外壳3上；

接地外壳3、外束流切割板夹持环6、内束流切割板夹持环5之间分别采用螺纹连接；束流切割板7被外束流切割板夹持环6、内束流切割板夹持环5夹持，通过螺栓连接，实现固定；

如图2所示，绝缘子2采用氧化铝陶瓷材料，设计成螺旋柱状增加其爬电距离，每段螺旋间的空气间隔d为3-6mm，两端内嵌螺纹丝套，分别固定于接地外壳3和高压电极1上，对高压电极1起到支撑作用；绝缘子2的长度应该保证爬电距离不低于25mm；

如图3所示，束流切割板7在束流入口端的厚度t1为0.1-0.3mm，以减少束流切割板7端部束流损失；为提高整体机械性能，束流切割板7中间部分厚度设计为连续变化，束流出口端的厚度t2为1-3mm。

如图4所示，为避免束流切割板7在束流入口处发生热沉积而导致束流切割板7损坏，将前60-80mm范围内设计有正弦型缝隙，缝隙厚度t3为0.1-0.5mm，以抵抗热变形。

同样为减小束流切割板7入口处热变形影响，在外束流切割板夹持环6上焊接有水冷回路9，管内通有循环水流。

如图2所示，为避免少量束流粒子从高压电极发射打在接地外壳3上，接地外壳3内表面上、下侧面各设置有固定凹槽8，凹槽的深度h1为1-2mm，用于环向固定更换打火板4，当上、下表面有打火时，可快速更换打火板4。

如图2所示，高压电极1垂直于束流运动方向的截面为环形，截面的直线段的长度h2为12-18mm，环形倒角半径r为5-6mm，在束流偏转电压比较均匀的条件下，保证了电极表面具有较小打火电压。

通过束流动力学计算得出的束流运动轨迹，据此结论设计包络绝大部分束流的环形束流偏转装置，金属外壳和束流切割板组成低电位，高压电极通过高压馈入机构提供高电位，高压电极通过绝缘子实现固定和绝缘，如此形状设计，决定了束流偏转机构内的电场分布，束流从束流切割板和高极电极之间穿过。

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 (7)

1.一种超导质子回旋加速器束流偏转装置，其特征在于：包括由接地外壳(3)、束流切割板(7)、外束流切割板夹持环(6)、内束流切割板夹持环(5)所围拢成的空间，在所述空间内设有高压电极(1)，所述高压电极(1)通过绝缘子(2)固定接地外壳(3)上；所述的绝缘子(2)为螺旋柱状结构，每段螺旋之间的空气间隔为3-6mm；所述的束流切割板(7)在束流进入端的前60-80mm范围内，设计有正弦型缝隙，缝隙厚度为0.1-0.5mm。

2.如权利要求1所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其特征在于：所述的束流切割板(7)由外束流切割板夹持环(6)和内束流切割板夹持环(5)夹持，并通过螺栓连接；所述绝缘子(2)的长度应保证爬电距离不低于25mm。

3.如权利要求2所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其特征在于：所述的束流切割板(7)在束流入口端的厚度为0.1-0.3mm；中间部分厚度连续变化，至束流出口端的厚度为1-3mm。

4.如权利要求1所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其特征在于：所述的接地外壳(3)内表面上、下侧面各设置有固定凹槽(8)，该凹槽内环向固定更换打火板(4)。

5.如权利要求4所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其特征在于：所述凹槽(8)的深度为1-2mm。

6.如权利要求2所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其特征在于：所述的外束流切割板夹持环(6)上布置有水冷回路(9)，用于束流切割板(7)的冷却。

7.如权利要求1所述的超导质子回旋加速器束流偏转装置，其特征在于：所述高压电极(1)垂直于束流运动方向的截面为环形，截面的直线段的长度为12-18mm，倒角半径为5-6mm。