CN108811295B - 一种回旋加速器所用的旋转式换靶机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及回旋加速器所用的旋转式换靶机构，包括一大体呈圆盘形的剥离靶靶盘，可以绕一垂直穿过圆盘形的中心轴线转动，包括一正圆面积和一外临的环形段面积；多个有一定轴向深度且穿过轴向正端面的径向槽，在环形段面积中等弧度间隔分布且轴向深度小于剥离靶靶盘的轴向厚度；和多个轴向穿透剥离靶靶盘的轴向通孔，等弧度间隔地分布在一接近剥离靶靶盘外圆周面并与之同心的圆周上，轴向通孔与径向槽的等弧度间隔相等且前者不少于后者；一光发射器和一个光接收器，分别固定在剥离靶靶盘的轴向两侧，使光发射器发出的细柱状光束可以逐个直射穿过多个轴向通孔而由光接收器接收到。本发明与传统的定位方式相比，旋转式换靶机构定位准确性大大提高。

Description

一种回旋加速器所用的旋转式换靶机构

技术领域

本发明涉及一种回旋加速器，具体涉及一种用于回旋加速器的旋转式换靶机构。

背景技术

用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其运动过程在一个相对隐蔽的空间内，不便于观察其运动过程，有时对于设备运动定位的要求很高，不允许存在较大的偏差，设备的后续工作需要在一个高度准确的位置下进行。比如100MeV质子回旋加速器的剥离靶换靶过程，传统的做法是通过比较电子尺反馈回的电压与给定电压的差值是否落在控制卡的工作区域内来确定换靶位置的精准性，但由于靶盘转动存在的机械误差，很难做到精准定位，无法满足要求。鉴于上述方法存在的诸多缺点，需要一种精确的旋转式换靶机构。

更具体地说，剥离靶靶盘位于真空室内，是一种高精度旋转运动装置，作为换靶运动过程中的主要运动设备之一。剥离靶靶杆为一根径向运动的直杆，也是换靶运动过程中的主要运动设备之一。剥离膜为换靶过程中的主要更换对象，加速引出的负氢粒子通过剥离膜剥离掉两个电子而变成质子。

电子尺用来作为一种位置的反馈信号，靶盘与靶杆所处位置的不同，反馈回来的反馈电压也不同，从而判断靶杆与靶盘所处位置是否满足换靶工作的安全要求。电动机为靶杆与靶盘的驱动装置，通过电流驱动使靶杆与靶盘按照一个特定的运动速度运动，从而完成后续换靶工作。抱轴用来锁死转速机，当靶杆与靶盘运动到合适的换靶位置时，通过锁定转速计机来固定此精确的换靶位置。控制系统为剥离靶换靶过程提供了驱动、监测的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于回旋加速器中更精确的旋转式换靶机构。

为此，本发明提供下列技术方案：一种用于回旋加速器的旋转式换靶机构，包括一个大体呈圆盘形的剥离靶靶盘，可以绕一个垂直穿过所述圆盘形中心的中心轴线转动，所述大体呈圆盘形包括一个正圆面积和一个外临的环形段面积，所述环形段面积环绕所述中心轴线的弧度角小于360度；所述剥离靶靶盘具有一个轴向厚度、一个平面状的轴向正端面和一个平面状并与所述轴向正端面平行相背的轴向背端面以及一个外圆周面，所述剥离靶靶盘包括：多个有一定轴向深度且穿过所述轴向正端面的径向槽，所述多个径向槽在环形段面积中等弧度间隔分布，所述径向槽的轴向深度小于剥离靶靶盘的轴向厚度；和多个轴向穿透所述剥离靶靶盘的轴向通孔，所述轴向通孔等弧度间隔地分布在一个接近剥离靶靶盘外圆周面并与之同心的圆周上，所述轴向通孔的等弧度间隔与所述径向槽的等弧度间隔相等，所述轴向通孔的数目不少于所述径向槽的数目；所述旋转式换靶机构还包括：一个光发射器和一个光接收器，分别固定在所述剥离靶靶盘的轴向两侧，使所述光发射器发出的细柱状光束可以逐个直射穿过所述剥离靶靶盘的多个轴向通孔而由所述光接收器接收到。

所述旋转式换靶机构是安装在一个真空室之内的，光发射器和光接收器（通常称之为光电开关）可以安装到真空室内；也可以安装到真空室外，只要真空室壁面局部透光就行。利用基准平板及水平尺将光电开关的光发射器及光接收器调节至同一水平面，同时在剥离靶靶盘上相应位置开好与光线孔径大小一致的圆孔即轴向通孔，保证光电开关的光接收器能够准确接收到光发射器发射的直射光线，为换靶过程提供一个安全、稳定、准确以及可靠的工作环境。

通过控制系统（未示出）设定一个输入值来驱动剥离靶靶盘向着一个指定的方向转动。当剥离靶靶盘转动到所需要的换靶工作位置，通过光电开关就可以使光接收器接收到光线，从而立即传送给控制系统一个信号，使剥离靶靶盘停止在一个特定的、精确的换靶位置，实现精确的换靶位置定位。

光电开关的光发射器最好安装在径向槽中的剥离靶的前边，光接收器安装在剥离靶靶盘另一侧。通过剥离靶靶盘的转动，使光接收器能顺利接收到光线，保证剥离靶在更换剥离膜（未示出）时，剥离靶靶盘处于精准位置，以保证换靶工作的安全性、可靠性。

光电开关的尺寸小，便于安装，其检测距离为0.1-30cm，满足剥离靶换靶工作的要求。

更好，光电开关的光源为红色激光光源，激光等级为二级，对人眼不会产生危害。光电开关的电源电压为10-30V，其供电电压与信号传输电压与PLC连接方便，可靠性高。

更好，所述轴向通孔的数目与所述径向槽的数目之差，等于零但不大于2。若这个差值是1或者2，剥离靶靶盘除了若干精确换靶位置之外，还可以预留一个或者二个备用工位。

所述剥离靶靶盘的环形段面积环绕所述中心轴线的弧度角通常为270-330度；最好是大致300度。

更好，所述光发射器包括一种脉冲光发射器。发光强度变化可以依从某种脉冲编码规律，以便光电开关的光电信号收到外界光场或者电磁场的干扰。

更好，所述剥离靶靶盘的多个径向槽的径向内端位于另一个与剥离靶靶盘外圆周面同心的圆周上，所述多个径向槽的径向外端位于再一个与剥离靶靶盘外圆周面同心的圆周上。径向槽径向对齐有利于更换剥离靶。

更好，上述第一次提到的圆周（即轴向通孔所在的圆周）之直径不小于所述的再一个圆周（即径向槽的径向外端所在的圆周）的直径。轴向通孔所在的圆周直径越大，光电开关对剥离靶靶盘的转角越能精确感测和控制。

最好，所述轴向通孔与所述径向槽周向错开。因为所述轴向通孔与所述径向槽各自需要相应的外部元器件对其感测和操作，以便这些外部元器件相互干涉。

更好，所述剥离靶靶盘的径向槽之轴向底面位于一个与所述剥离靶靶盘的轴向正端面和轴向背端面相平行并夹在其间的中间平面上，所述中间平面是所述剥离靶靶盘的物理组装面；所述剥离靶靶盘包括一个转盘主体和一个靶片插盘，所述径向槽就制作在所述靶片插盘上并轴向穿透该靶片插盘。这样安排有利于剥离靶靶盘的加工制造，特别是有利于加工径向槽。

更好，所述靶片插盘在所述多个径向槽之间的等弧度间隔内径向内凹，使所述轴向通孔在周向和径向错开所述靶片插盘。轴向通孔只加工在转盘主体上，轴向通孔的长度就减短了，因为细长通孔不好加工。

更好，所述靶片插盘的各个径向内凹区连通到相邻的径向槽。这样，径向槽就畅通到真空室。

本发明所提供的用于回旋加速器的剥离引出旋转式换靶机构的精确定位方案，与传统的定位方式相比较，定位准确性大大提高。

附图说明

图1是本发明用于回旋加速器的旋转式换靶机构之从正面侧看的立体图。

图2是本发明用于回旋加速器的旋转式换靶机构之从背面侧看的立体图。

具体实施方式

如图1示出一种用于回旋加速器的旋转式换靶机构，包括一个大体呈圆盘形的剥离靶靶盘1，可以绕一个垂直穿过所述圆盘形中心的中心轴线转动，所述大体呈圆盘形包括一个正圆面积和一个外临的环形段面积，所述环形段面积环绕所述中心轴线的弧度角ａ小于360度；所述剥离靶靶盘具有一个轴向厚度、一个平面状的轴向正端面11和一个平面状并与所述轴向正端面平行相背的轴向背端面以及一个外圆周面10，所述剥离靶靶盘包括：多个有一定轴向深度且穿过所述轴向正端面11的径向槽14，所述多个径向槽在环形段a面积中等弧度间隔分布，所述径向槽14的轴向深度小于剥离靶靶盘的轴向厚度；和多个轴向穿透所述剥离靶靶盘的轴向通孔104（如图2所示），所述轴向通孔等弧度间隔地分布在一个接近剥离靶靶盘外圆周面10并与之同心的圆周上，所述轴向通孔10的等弧度间隔与所述径向槽14的等弧度间隔相等，所述轴向通孔的数目不少于所述径向槽的数目；所述旋转式换靶机构还包括：一个光发射器201和一个光接收器301，分别由一个光发射器组件2中的发射器支架202和一个光接收器组件中的接收器支架302固定在所述剥离靶靶盘1的轴向两侧，使所述光发射器201发出的细柱状光束可以逐个直射穿过所述剥离靶靶盘的多个轴向通孔104而由所述光接收器301接收到。

所述旋转式换靶机构是安装在一个真空室之内的，光发射器201和光接收器301（通常称之为光电开关）可以安装到真空室内；也可以安装到真空室外，只要真空室壁面局部透光就行。利用基准平板及水平尺将光电开关的光发射器及光接收器调节至同一水平面，同时在剥离靶靶盘上相应位置开好与光线孔径大小一致的圆孔即轴向通孔104，保证光电开关的光接收器301能够准确接收到光发射器201发射的直射光线，为换靶过程提供一个安全、稳定、准确以及可靠的工作环境。

通过控制系统（未示出）设定一个输入值来驱动剥离靶靶盘1向着一个指定的方向转动。当剥离靶靶盘1转动到所需要的换靶工作位置，通过光电开关就可以使光接收器301接收到光线，从而立即传送给控制系统一个信号，使剥离靶靶盘1停止在一个特定的、精确的换靶位置，实现精确的换靶位置定位。

光电开关的光发射器201最好安装在径向槽14中的剥离靶4的前边，光接收器301安装在剥离靶靶盘1另一侧。通过剥离靶靶盘1的转动，使光接收器301能顺利接收到光线，保证剥离靶4在更换剥离膜（未示出）时，剥离靶靶盘处于精准位置，以保证换靶工作的安全性、可靠性。

光电开关的尺寸小，便于安装，其检测距离为0.1-30cm，满足剥离靶换靶工作的要求。

更好，光电开关的光源为红色激光光源，激光等级2极，对人眼不会产生危害。光电开关的电源电压为10-30V，其供电电压与信号传输电压与PLC连接方便，可靠性高。

更好，所述轴向通孔104的数目与所述径向槽14的数目之差，等于零但不大于2。若这个差值是1或者2，剥离靶靶盘1除了若干精确换靶位置之外，还可以预留一个或者二个备用工位。

所述剥离靶靶盘1的环形段面积环绕所述中心轴线的弧度角ａ通常为270-330度；最好是大致300度。

更好，所述光发射器201包括一种脉冲光发射器。发光强度变化可以依从某种脉冲编码规律，以便光电开关的光电信号收到外界光场或者电磁场的干扰。

更好，所述剥离靶靶盘的多个径向槽14的径向内端位于另一个与剥离靶靶盘外圆周面10同心的圆周上，所述多个径向槽的径向外端位于再一个与剥离靶靶盘外圆周面10同心的圆周上。径向槽14径向对齐有利于更换剥离靶4。

更好，上述第一次提到的圆周（即轴向通孔104所在的圆周）之直径不小于所述的再一个圆周（即径向槽14的径向外端所在的圆周）的直径。轴向通孔104所在的圆周直径越大，光电开关对剥离靶靶盘1的转角越能精确感测和控制。

最好，所述轴向通孔104与所述径向槽14周向错开。因为所述轴向通孔104与所述径向槽14各自需要相应的外部元器件对其感测和操作，以便这些外部元器件相互干涉。

更好，所述剥离靶靶盘的径向槽14之轴向底面位于一个与所述剥离靶靶盘的轴向正端面11和轴向背端面相平行并夹在其间的中间平面105上，所述中间平面是所述剥离靶靶盘的物理组装面105；所述剥离靶靶盘包括一个转盘主体101和一个靶片插盘102，所述径向槽14就制作在所述靶片插盘102上并轴向穿透该靶片插盘。这样安排有利于剥离靶靶盘的加工制造，特别是有利于加工径向槽14。

更好，所述靶片插盘102在所述多个径向槽14之间的等弧度间隔内径向内凹，使所述轴向通孔104在周向和径向错开所述靶片插盘102。轴向通孔104只加工在转盘主体101上，轴向通孔104的长度就减短了，因为细长通孔不好加工。

更好，所述靶片插盘102的各个径向内凹区连通到相邻的径向槽14。这样，径向槽14就畅通到真空室。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种用于回旋加速器的旋转式换靶机构，包括一个大体呈圆盘形的剥离靶靶盘（1），可以绕一个垂直穿过所述圆盘形中心的中心轴线转动，所述大体呈圆盘形包括一个正圆面积和一个外临的环形段面积，所述环形段面积环绕所述中心轴线的弧度角（ａ）小于360度；所述剥离靶靶盘（1）具有一个轴向厚度、一个平面状的轴向正端面（11）和一个平面状并与所述轴向正端面平行相背的轴向背端面以及一个外圆周面（10），所述剥离靶靶盘（1）包括：多个有一定轴向深度且穿过所述轴向正端面（11）的径向槽（14），所述多个径向槽在环形段（a）面积中等弧度间隔分布，所述径向槽（14）的轴向深度小于剥离靶靶盘（1）的轴向厚度；和多个轴向穿透所述剥离靶靶盘（1）的轴向通孔（104），所述轴向通孔（104）等弧度间隔地分布在一个接近剥离靶靶盘（1）外圆周面（10）并与之同心的圆周上，所述轴向通孔（104）的等弧度间隔与所述径向槽（14）的等弧度间隔相等，所述轴向通孔（104）的数目不少于所述径向槽（14）的数目；

所述旋转式换靶机构还包括：一个光发射器（201）和一个光接收器（301），分别固定在所述剥离靶靶盘（1）的轴向两侧，使所述光发射器（201）发出的细柱状光束可以逐个直射穿过所述剥离靶靶盘（1）的多个轴向通孔（104）而由所述光接收器(301)接收到。

2.如权利要求1所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述轴向通孔（104）的数目与所述径向槽（14）的数目之差，大于等于零但不大于2。

3.如权利要求1所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述光发射器（201）包括一种脉冲光发射器。

4.如权利要求1所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述多个径向槽（14）的径向内端位于另一个与剥离靶靶盘（1）外圆周面（10）同心的圆周上，所述多个径向槽（14）的径向外端位于再一个与剥离靶靶盘（1）外圆周面（10）同心的圆周上。

5.如权利要求4所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述轴向通孔（104）所在的圆周的直径不小于径向槽（14）的径向外端所在圆周的直径。

6.如权利要求1-5任一项所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述轴向通孔（104）与所述径向槽（14）周向错开。

7.如权利要求1-5任一项所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述剥离靶靶盘（1）的径向槽（14）之轴向底面位于一个与所述剥离靶靶盘（1）的轴向正端面（11）和轴向背端面相平行并夹在其间的中间平面（105）上，所述中间平面（105）是所述剥离靶靶盘（1）的物理组装面；所述剥离靶靶盘（1）包括一个转盘主体（101）和一个靶片插盘（102），所述径向槽（14）就制作在所述靶片插盘（102）上并轴向穿透该靶片插盘（102）。

8.如权利要求7所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述靶片插盘（102）在所述多个径向槽（14）之间的等弧度间隔内径向内凹，使所述轴向通孔（104）在周向和径向错开所述靶片插盘（102）。

9.如权利要求7所述的用于回旋加速器的旋转式换靶机构，其特征在于，所述靶片插盘（102）的各个径向内凹区连通到相邻的径向槽（14）。

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