CN107385376B - 一种喷铯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷铯装置，包括储铯单元、第一传导单元和第二传导单元，储铯单元包括：安瓿瓶、储铯管、第一CF法兰、第一加热单元和第一温度检测单元，主要用于铯的存储和蒸发；第一传导单元包括：盲板、第一全金属管阀、第一传导管、第二全金属管阀、第二加热单元和第二温度检测单元，主要用于铯的传输；第二传导单元包括：第二CF法兰、陶瓷、连接元件、第二传导管、喷嘴、第三加热单元和第三温度检测单元，主要用于铯的传输。本发明在传导管等电阻丝容易缠绕部位采用欧姆加热方式，对于管阀等电阻丝不易缠绕和固定的部位采用感应加热方式，两种方式相互配合实现了喷铯装置不同部位准确、均匀的温度控制，从而达到铯喷发速率可控的目的。

Description

一种喷铯装置

技术领域

本发明属于负离子源领域，更具体地，涉及一种喷铯装置。

背景技术

喷铯装置的喷发原理是通过分别精确控制储铯单元、第一传导单元、第二传导单元三部分处于不同温度，产生压强差，达到控制铯喷发速率的目的，因此加热的设计对整个喷铯装置极其重要。现有的喷铯装置一般采用接触式热传递加热即欧姆加热方式，也就是在所有管道、管阀、法兰表面全部紧贴缠绕电阻丝并通入直流电，通过反馈调节加热电流实现各部分的温度控制。此种加热方式存在的缺点是，对于电阻丝不易缠绕和固定的部位，比如管阀等，难以实现准确、均匀的温度控制。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种喷铯装置，旨在解决现有喷铯装置对于管阀等处，由于电阻丝不易缠绕和固定而导致的难以实现准确、均匀的温度控制的问题。

本发明提供了一种喷铯装置，包括储铯单元、第一传导单元和第二传导单元，所述储铯单元包括：安瓿瓶、储铯管、第一CF法兰、第一加热单元和第一温度检测单元，所述安瓿瓶设置在所述储铯管的底部，用于储存铯，所述储铯管为下细上粗结构，与所述第一传导单元匹配连接，所述储铯管用于对所述安瓿瓶破裂时释放出的铯进行存储及蒸发；所述第一CF法兰用于连接所述储铯管与所述第一传导单元，且当所述安瓿瓶中的铯消耗完需更换时便于拆卸；所述第一加热单元和所述第一温度检测单元均设置于所述储铯管和所述第一CF法兰的表面，所述第一加热单元用于对所述储铯管和所述第一CF法兰进行加热，所述第一温度检测用于对所述储铯管和所述第一CF法兰进行温度检测。

更进一步地，第一加热单元包括：第一欧姆加热元件和第一感应加热元件；所述第一欧姆加热元件设置于所述储铯管外表面，用于对所述储铯管进行加热；所述第一感应加热元件设置于所述第一CF法兰处，用于对所述第一CF法兰进行加热。

更进一步地，第一温度检测单元包括：第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置于所述第一CF法兰处，所述第二温度传感器设置于所述储铯管处，用于对该处的温度进行测量，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第一加热单元的电流使所述储铯管和所述第一CF法兰达到目标温度值。

更进一步地，第一传导单元包括：盲板、第一全金属管阀、第一传导管、第二全金属管阀、第二加热单元和第二温度检测单元；所述盲板通过所述第一全金属管阀和所述第一传导管相连，用于为抽真空预留接口；所述第一传导管为中间粗且两边细结构，所述第一传导管和所述第二传导单元通过所述第二全金属管阀连接，所述第二全金属管阀用于控制铯蒸发的通断；所述第二加热单元和所述第二温度检测单元均设置在所述第一传导管、所述第一全金属管阀和所述第二全金属管阀的外表面处，所述第二加热单元用于所述第一传导管、所述第一全金属管阀和所述第二全金属管阀进行加热，所述第二温度检测单元用于所述第一传导管、所述第一全金属管阀和所述第二全金属管阀进行温度检测。

更进一步地，第二加热单元包括：第二感应加热元件、第二欧姆加热元件和第三感应加热元件；第二感应加热元件设置于所述第一全金属管阀，所述第三感应加热元件设置于所述第二全金属管阀，均用于对管阀的加热，所述第二欧姆加热元件设置于所述第一传导管的外表面，用于对所述第一传导管进行加热。

更进一步地，第二温度检测单元包括：第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器，依次设置于所述第一全金属管阀、所述第一传导管和所述第二全金属管阀处，用于对该处的温度进行测量，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第二加热单元的电流使所述第一全金属管阀、所述第一传导管和所述第二全金属管阀达到目标温度值。

更进一步地，第二传导单元包括：第二CF法兰、陶瓷、连接元件、第二传导管、喷嘴、第三加热单元和第三温度检测单元；所述第二传导管的一端与所述第一传导单元连接，所述第二传导管的另一端通入负离子腔室，用于实现铯的传输；所述第二CF法兰设置于所述第二传导管的中间位置，用于实现喷铯装置和负离子腔室的连接，且连接处通过所述陶瓷实现绝缘绝热；所述连接元件位于所述陶瓷中，用于对位于负离子腔室的第三加热单元和第三温度检测单元进行连接；所述喷嘴设置于所述第二传导管的末端，作为铯的喷出口；所述第三加热单元和所述第三温度检测单元均设置于所述第二传导管和所述喷嘴外表面，用于对其加热和温度检测。

更进一步地，第三加热单元包括：第三欧姆加热元件，设置于所述第二传导管和所述喷嘴的外表面，用于对其进行加热。

更进一步地，第三温度检测单元包括：第六温度传感器，设置于所述第二传导管表面，用于对该处的温度进行测量，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第三加热单元的电流使所述第二传导管和所述喷嘴达到目标温度值。

更进一步地，第一感应加热元件、所述第二感应加热元件或所述第三感应加热元件为感应加热线圈，所述感应加热线圈包括绝缘层、导体和保温层，所述绝缘层用于防止线圈和工件之间以及匝间打火，所述导体用于连接交流电源，所述保温层用于减少热量的散失。

本发明与现有同类型装置相比，在传导管等电阻丝容易缠绕和固定的部位采用欧姆加热方式，对于管阀等电阻丝不易缠绕和固定的部位采用感应加热方式，两种方式相互配合实现了喷铯装置不同部位准确、均匀的温度控制，从而达到铯喷发速率可控的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种喷铯装置示意图。

图中100为储铯单元，101为第一欧姆加热元件，102为储铯管，103为第一温度传感器，104为第二温度传感器，105为安瓿瓶，106为第一感应加热元件，107为第一CF法兰，200为第一传导单元，201为盲板，202为第一全金属管阀，203为第三温度传感器，204为第二感应加热元件，205为第一传导管，206为第二欧姆加热元件，207为第四温度传感器，208为第二全金属管阀，209为第五温度传感器，210为第三感应加热元件，300为第二传导单元，301为第二CF法兰，302为陶瓷，303为连接元件，304为第六温度传感器，305为第二传导管，306为第三欧姆加热元件，307为喷嘴，A为空气，B为负离子腔室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供一种喷铯装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供的一种喷铯装置包括：储铯单元100、第一传导单元200和第二传导单元300。

储铯单元100包括：安瓿瓶105、储铯管102、第一CF法兰107、第一加热单元和第一温度检测单元；安瓿瓶105中装有铯，设置在储铯管102的底部，其材质为玻璃材质，为铯的初始来源；储铯管102形状设计为下细上粗，便于和第一传导单元200匹配连接；第一CF法兰107设置于储铯管102上部位置，用于连接第一传导单元200；第一加热单元和第一温度检测单元均设置于储铯管102和第一CF法兰107表面，分别起到加热和温度检测作用。第一加热单元包括：第一欧姆加热元件101和第一感应加热元件106，第一欧姆加热元件101设置于储铯管102外表面，用于对储铯管102进行加热，第一感应加热元件106设置于第一CF法兰107处，用于对第一CF法兰107进行加热。第一温度检测单元包括：第一温度传感器103和第二温度传感器104，依次设置于第一CF法兰107和储铯管102处，用于对相应部位的温度检测，并将测量温度值与目标温度值比较，通过反馈调节第一加热单元的电流使储铯管102和第一CF法兰107达到目标温度值。

作为本发明的一个实施例，安瓿瓶105剂量可以为1g，此剂量易购买且其尺寸大小适中，第一CF法兰可以为CF16，此尺寸法兰和储铯管102相匹配。

第一传导单元200包括：盲板201、第一全金属管阀202、第一传导管205、第二全金属管阀208、第二加热单元和第二温度检测单元；盲板201通过第一全金属管阀202和第一传导管205相连，用于喷铯装置的初始抽真空；第一传导管205设计为中间粗，两边细的结构，用于铯的传输；第二全金属管阀208位于第一传导管205和第二传导单元300之间，用于控制铯蒸发的通断；第二加热单元和第二温度检测单元均设置在第一传导单元200的外表面处，分别起到加热和温度检测作用。第二加热单元包括：第二感应加热元件204、第二欧姆加热元件206和第三感应加热元件210，第二感应加热元件204和第三感应加热元件210依次设置于第一全金属管阀202和第二全金属阀208处，用于对管阀的加热，第二欧姆加热元件206设置于第一传导管205的外表面，用于对第一传导管205的加热。第二温度检测单元包括：第三温度传感器203、第四温度传感器207和第五温度传感器209，依次设置于第一全金属管阀202、第一传导管205和第二全金属管阀208处，用于对相应部位进行温度测量，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第二加热单元的电流使第一全金属管阀202、第一传导管205和第二全金属管阀208达到目标温度值。

作为本发明的一个实施例，第一全金属管阀202和第二全金属管阀208均可以采用手动不锈钢波纹管阀，一方面其密封性较好，另一方面其与铯接触部件均不与铯反应使管阀能够长期使用。

第二传导单元300包括：第二CF法兰301、陶瓷302、连接元件303、第二传导管305、喷嘴307、第三加热单元和第三温度检测单元；第二CF法兰301设置于第二传导管305的中间位置，并通过陶瓷302和第二传导管305相连，陶瓷302起到绝缘和绝热作用；连接元件303位于陶瓷302中，用于对位于负离子腔室的加热和温度检测装置进行连接；第二传导管305为规则的直管，用于铯的进一步传输；喷嘴307设置于第二传导管305的末端，作为铯的最终喷出口；第三加热单元和第三温度检测单元均设置于第二传导管和喷嘴外表面，分别起到加热和温度检测作用。第三加热单元包括：第三欧姆加热元件306，第三欧姆加热元件306设置于第二传导管305和喷嘴307的外表面。第三温度检测单元包括：第六温度传感器304，设置于第二CF法兰301和喷嘴307之间的第二传导管305表面，用于对其温度检测，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第三加热单元的电流使第二传导管305和喷嘴307达到目标温度值。

作为本发明的一个实施例，第二CF法兰301可以采用CF40，此尺寸为了满足与负离子腔室密封需要，连接元件303可以为铜柱和传感器电极，铜柱用于连接位于负离子腔室的第三欧姆加热元件306，传感器电极用于连接第六温度传感器304。

上述加热中，在储铯管102、第一传导管205和第二传导管305等电阻丝易缠绕处采用了欧姆加热方式，在第一CF法兰107、第一全金属管阀202和第二全金属管阀208等电阻丝不易缠绕处采用了感应加热方式，这种利用欧姆加热和感应加热相结合的方式对储铯单元100、第一传导单元200、第二传导单元300三部分进行加热，通过各个温度传感器的测量温度值与目标温度值进行比较，不断反馈调节各加热单元的电流以达到各部分的目标温度值，实现喷铯装置各部分准确、均匀的温度控制，从而达到铯喷发速率可控的目的。

在本发明实施例中，感应加热元件可以采用感应加热线圈，通常包括绝缘层、导体和保温层，绝缘层是为了防止线圈和工件之间以及匝间打火，可以采用玻璃纤维带，导体连接交流电源，可以采用多根铜丝绞合线或者空心铜管，保温层是为了减少热量的散失，可以采用保温棉。

在本发明实施例中，欧姆加热元件可以采用电阻丝，例如含镍70％、铬30％的镍铬电阻丝，价格便宜。

在本发明实施例中，温度传感器可以采用卡箍式热电偶或卡箍式铂电阻，例如卡箍式K型热电偶或者卡箍式PT100铂电阻，均匀设置于喷铯装置外表面，配合加热装置实现对喷铯装置各部分的温度控制。

本发明的突出优点是解决了管阀等处电阻丝不易缠绕和固定的问题，实现了喷铯装置不同部位准确、均匀的温度控制，从而达到铯喷发速率可控的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种喷铯装置，包括储铯单元(100)、第一传导单元(200)和第二传导单元(300)，其特征在于，所述储铯单元(100)包括：安瓿瓶(105)、储铯管(102)、第一CF法兰(107)、第一加热单元和第一温度检测单元；

所述安瓿瓶(105)设置在所述储铯管(102)的底部，用于储存铯，所述储铯管(102)为下细上粗结构，便于与所述第一传导单元(200)匹配连接，所述储铯管(102)用于对所述安瓿瓶(105)破裂时释放出的铯进行存储及蒸发；所述第一CF法兰(107)用于连接所述储铯管(102)与所述第一传导单元(200)，且当所述安瓿瓶(105)中的铯消耗完需更换时便于拆卸；所述第一加热单元和所述第一温度检测单元均设置于所述储铯管(102)和所述第一CF法兰(107)的表面，所述第一加热单元用于对所述储铯管(102)和所述第一CF法兰(107)进行加热，所述第一温度检测单元用于对所述储铯管(102)和所述第一CF法兰(107)进行温度检测；

所述第一加热单元包括：第一欧姆加热元件(101)和第一感应加热元件(106)；

所述第一欧姆加热元件(101)设置于所述储铯管(102)外表面，用于对所述储铯管(102)进行加热；

所述第一感应加热元件(106)设置于所述第一CF法兰(107)处，用于对所述第一CF法兰(107)进行加热。

2.如权利要求1所述的喷铯装置，其特征在于，所述第一温度检测单元包括：第一温度传感器(103)和第二温度传感器(104)，所述第一温度传感器(103)设置于所述第一CF法兰(107)处，所述第二温度传感器(104)设置于所述储铯管(102)处，两者均用于对相应部位的温度进行测量，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第一加热单元的电流使所述储铯管(102)和所述第一CF法兰(107)达到目标温度值。

3.如权利要求1所述的喷铯装置，其特征在于，所述第一传导单元(200)包括：盲板(201)、第一全金属管阀(202)、第一传导管(205)、第二全金属管阀(208)、第二加热单元和第二温度检测单元；

所述盲板(201)通过所述第一全金属管阀(202)和所述第一传导管(205)相连，用于为抽真空预留接口；

所述第一传导管(205)为中间粗且两边细结构，所述第一传导管(205)和所述第二传导单元(300)通过所述第二全金属管阀(208)连接，所述第二全金属管阀(208)用于控制铯蒸发的通断；

所述第二加热单元和所述第二温度检测单元均设置在所述第一传导管(205)、所述第一全金属管阀(202)和所述第二全金属管阀(208)的外表面处，所述第二加热单元用于所述第一传导管(205)、所述第一全金属管阀(202)和所述第二全金属管阀(208)进行加热，所述第二温度检测单元用于所述第一传导管(205)、所述第一全金属管阀(202)和所述第二全金属管阀(208)进行温度检测。

4.如权利要求3所述的喷铯装置，其特征在于，所述第二加热单元包括：第二感应加热元件(204)、第二欧姆加热元件(206)和第三感应加热元件(210)；

所述第二感应加热元件(204)设置于所述第一全金属管阀(202)处，所述第三感应加热元件(210)设置于所述第二全金属管阀(208)处，均用于对管阀的加热，所述第二欧姆加热元件(206)设置于所述第一传导管(205)的外表面，用于对所述第一传导管(205)进行加热。

5.如权利要求3所述的喷铯装置，其特征在于，所述第二温度检测单元包括：第三温度传感器(203)、第四温度传感器(207)和第五温度传感器(209)，依次设置于所述第一全金属管阀(202)、所述第一传导管(205)和所述第二全金属管阀(208)处，用于对相应部位的温度进行测量，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第二加热单元的电流使所述第一全金属管阀(202)、所述第一传导管(205)和所述第二全金属管阀(208)达到目标温度值。

6.如权利要求1-5任一项所述的喷铯装置，其特征在于，所述第二传导单元(300)包括：第二CF法兰(301)、陶瓷(302)、连接元件(303)、第二传导管(305)、喷嘴(307)、第三加热单元和第三温度检测单元；

所述第二传导管(305)的一端与所述第一传导单元(200)连接，所述第二传导管(305)的另一端通入负离子腔室，用于实现铯的传输；

所述第二CF法兰(301)设置于所述第二传导管(305)的中间位置，用于实现喷铯装置和负离子腔室的连通，且所述第二CF法兰(301)和所述第二传导管(305)由绝缘绝热材质陶瓷(302)连接，用于防止此处受热不均；

所述连接元件(303)位于所述陶瓷(302)中，用于对位于负离子腔室的第三加热单元和第三温度检测单元进行连接；

所述喷嘴(307)设置于位于负离子腔室的所述第二传导管(305)末端，作为铯的喷出口；

所述第三加热单元和所述第三温度检测单元均设置于所述第二传导管(305)和所述喷嘴(307)外表面，所述第三加热单元用于所述第二传导管(305)和所述喷嘴(307)进行加热，所述第三温度检测单元用于所述第二传导管(305)和所述喷嘴(307)进行温度检测。

7.如权利要求6所述的喷铯装置，其特征在于，所述第三加热单元包括：第三欧姆加热元件(306)，设置于所述第二传导管(305)和所述喷嘴(307)的外表面，用于对其进行加热。

8.如权利要求6所述的喷铯装置，其特征在于，所述第三温度检测单元包括：第六温度传感器(304)，设置于位于负离子腔室的所述第二传导管(305)表面，用于对该处的温度进行测量，并将测量温度值与目标温度值进行比较，通过反馈调节第三加热单元使所述第二传导管(305)和所述喷嘴(307)达到目标温度值。

9.如权利有要求4所述的喷铯装置，其特征在于，所述第一感应加热元件(106)、所述第二感应加热元件(204)或所述第三感应加热元件(210)为感应加热线圈，所述感应加热线圈包括绝缘层、导体和保温层，所述绝缘层用于防止线圈和工件之间以及匝间打火，所述导体用于连接交流电源，所述保温层用于减少热量的散失。