CN108811296B - 一种强流回旋加速器束流调试装置及束流调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及强流质子回旋加速器束流调试设备技术领域，尤其涉及一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，包括固定机架，固定机架上固定设有第一固定板，第一固定板上方设有真空保护罩，真空保护罩设有束流通道，所述真空保护罩内设有调试靶的靶头，所述第一固定板的下方固定设有气缸，气缸与所述靶头之间连接有中间组件，当所述气缸做伸出运动时，驱动中间组件带动所述靶头往上运动，所述靶头的终端位置刚好位于所述束流通道内，当所述气缸做回缩运动时，驱动中间组件带动所述靶头往下运动远离所述靶头，所述束流通道导通，能够实现束流调试靶和实验终端束流线共用一条束流线，大大降低人力成本和资源成本。

Description

一种强流回旋加速器束流调试装置及束流调试方法

技术领域

本发明涉及强流质子回旋加速器束流调试设备技术领域，尤其涉及一种强流回旋加速器用束流调试靶装置及束流调试方法。

背景技术

近年来，强流质子回旋加速器在核物理基础研究、材料科学、生命科学、能源、医疗、工农业等学科和领域中均有广泛的应用，强流回旋加速器要求为可发出的最高能量为100MeV、最高强流为200μA的束流，需要有一个能够承受大功率质子束流轰击的束流调试靶来接收调试束流。传统大功率质子束流调试方法是由强流回旋加速器专门引出一条束流线，束流线的末端安装束流调试靶，将大功率质子束流调试靶固定安装在厚混凝土屏蔽层中，调试靶一旦投入运行后无法再进行移动。当调试完之后由于调试靶带有非常强的辐射，因此还需要设计一套专业的换靶机构来对调试靶进行拆卸或者后期维护，人才能靠近。因此传统的束流调试靶决定了强流回旋加速器进行大功率束流调试必须建造一条额外的束流线来仅用于束流调试，不但占用了加速器周围有限的实验场地且还增加了很多人力成本和资源成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其束流调试靶的靶头为可移动式结构，能够实现束流调试靶和实验终端束流线共用一条束流线，大大降低人力成本和资源成本。

本发明采用以下技术方案实现：

一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，包括可与地面相对固定安装的固定机架，固定机架上固定设置有第一固定板，第一固定板上方设置有真空保护罩，真空保护罩设置有束流通道，所述真空保护罩内设置有调试靶的靶头，所述第一固定板的下方固定设置有气缸，气缸与所述靶头之间连接有中间组件，中间组件部分穿过所述第一固定板与所述靶头连接，当所述气缸做伸出运动时，驱动中间组件带动所述靶头往上运动，所述靶头的终端位置刚好位于所述束流通道内，当所述气缸做回缩运动时，驱动中间组件带动所述靶头往下运动远离所述靶头，所述束流通道导通。

利用固定机架替代传统的墙面结构，通过与地面固定连接，再通过第一固定板将靶头固定在固定机架上，真空保护罩确保调试靶在工作的过程中保持真空状态，利用气缸的伸缩运动带动靶头运动。当需要束流调试时，利用气缸驱动将靶头设置在束流通道内即可接受束流进行调试；当不需要使用调试靶时，利用气缸驱动将靶头降低远离束流通道，让束流通道导通，束流通过束流通道即可达到实验终端，实现了束流调试靶和实验终端束流线共用一条束流线，调试靶在满足大功率质子束流调试的要求下，同时也能满足束流线后端实验的要求，本发明极大降低了束流调试的占用空间，免去了对传统调试靶的建造和维护成本。

其中，所述中间组件包括与所述靶头固定连接的连接座、与所述连接座固定连接的连接板、设置于所述连接板的下方且与所述连接板固定连接的水冷通管以及与所述水冷通管的下端部固定连接的活动板，活动板与所述气缸的活塞杆固定连接，所述第一固定板设有管道通孔，所述水冷通管穿设于所述管道通孔且可在所述管道通孔中滑动。

利用连接座将靶头固定，再与连接板连接实现被气缸驱动。连接板同时作为水冷通管的封闭板，水冷通管作为冷却水的循环流动通道，同时兼顾连接靶头的作用，最后以活动板作为与活塞杆连接的主要部件，实现气缸驱动靶头移动的目的，同时满足调试靶使用时的水冷要求，结构紧凑严密，占地面积小，实用性强。

其中，所述靶头连通有水冷管道，水冷管道的另一端穿过所述连接板与所述水冷通管连通，所述水冷通管的下端部穿过所述活动板中部连接有水冷装置，所述活动板设置有与所述气缸的活塞杆固定连接的连接件。

利用水冷管道、水冷通管连接水冷装置，确保调试靶在使用时的水冷效果，采用连接件将活动板与气缸进行连接，即能让水冷通管与水冷装置的连通设置在活动板的下方，也能实现与气缸的连接，结构简单易行，结构紧凑。

其中，所述第一固定板与所述活动板之间设有波纹管，波纹管套设在位于所述第一固定板与所述活动板之间的所述水冷通管上，波纹管的两端分别与所述第一固定板和所述活动板密封连接。

波纹管是一种可伸缩的管道，可以随着水冷管道的上下活动实现长度的调整，确保靶头的工作环境处于真空状态。

其中，所述第一固定板的下方固定连接有第二固定板，所述气缸固定设置在所述第二固定板的下方，所述第二固定板开设有供所述气缸的活塞杆穿过的滑移孔。

通过第一固定板和第二固定板的连接间接将气缸相对固定在固定机架上，利用活动板在第一固定板和第二固定板之间来回运动实现靶头的位置调节，调试装置的结构更加稳定，提高调试靶的工作稳定性。

其中，所述第一固定板和第二固定板之间设置有支撑立柱，所述活动板设置有滑移导孔，所述支撑立柱对应插设于所述滑移导孔内且可在所述滑移导孔中滑移。

利用支撑立柱使活动板在滑移过程中更加稳定，确保调节设备的工作稳定性。

其中，所述第二固定板和活动板的上表面均设置有限位柱。

通过限位柱可以保证活动板在下降过程中，确保终点位置的准确度，并且提供当靶头处于非工作状态时的一个支撑力，降低对气缸活塞杆的压力，保护气缸。

其中，所述连接座包括固定套设在所述调节靶靶头外壁的套罩以及一端与套罩固定连接的立板，立板的另一端与所述连接板固定连接，所述连接座与连接板连接成“匚”型，所述水冷管道容纳在“匚”的内凹腔体中。

通过“匚”提供一个容纳水冷管道的安装空间，使整体装置的结构紧凑稳固，工作稳定性好。

其中，所述支撑立柱的两端部分别设置有行程开关，所述活动板对应所述行程开关的感应区域中设置有触发件。

活动板移动到终点时，触发件刚好抵触到形成开关，及时将靶头所处于的位置反馈到控制终端，提高自动化程度和效率。

本发明的另一发明目的是提供一种上述强流回旋加速器束流调试方法，可以实现调试束流和实验束流共用同一条束流线，大大降低设备的占地问题和后期设备维护成本问题，提高了调试和实验的转换效率。

该发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种上述强流回旋加速器束流调试方法，于所述强流回旋加速器用束流调试靶装置的前端通过束流真空管道连接强流回旋加速器，于所述强流回旋加速器用束流调试靶装置的后端通过束流真空管道连接实验终端；当需要对强流回旋加速器进行束流调试时，遥控启动所述气缸做伸出运动，驱使所述靶头上升位于停止在所述束流通道中，所述强流回旋加速器发出的束流会落到所述靶头，实现束流调试；当不需要束流调试时，遥控启动所述气缸做回缩运动，驱使所述靶头下降远离所述束流通道，所述束流通道导通，所述强流回旋加速器发出的束流会穿过所述束流通道，达到后端的实验终端。

通过遥控控制气缸运动以实现调节靶头的位置，使束流通道实现导通或封闭状态，以实现调试靶束流线和实验终端束流线共用同一条束流线，切换的时候直接采用遥控控制，方便快捷，避免人员靠近设备，降低辐射风险，保护人员的健康安全。

本发明的有益效果：利用固定机架替代传统的墙面结构，通过与地面固定连接，再通过第一固定板将靶头固定在固定机架上，真空保护罩确保调试靶在工作的过程中保持真空状态，利用气缸的伸缩运动带动靶头上下运动。当需要束流调试时，利用气缸驱动将靶头设置在束流通道内即可接受束流进行调试；当不需要使用调试靶时，利用气缸驱动将靶头降低远离束流通道，让束流通道导通，束流通过束流通道可以即可达到实验终端，实现了束流调试靶和实验终端束流线共用一条束流线，调试靶在满足大功率质子束流调试的要求下，同时也能满足束流线后端实验的要求，本发明极大降低了束流调试的占用空间，免去了对传统调试靶的建造和维护成本。

本发明的另一有益效果：通过遥控控制气缸运动以实现调节靶头的位置，使束流通道实现导通或封闭状态，以实现调试靶束流线和实验终端束流线共用同一条束流线，切换的时候直接采用遥控控制，方便快捷，避免人员靠近设备，降低辐射风险。

附图说明

图1为本发明一种强流回旋加速器用束流调试靶装置调试靶运行时靶头位置示意图；

图2为本发明一种强流回旋加速器用束流调试靶装置调试靶非运行时靶头位置示意图；

图3为强流回旋加速器大功率质子束流线布局示意图；

附图标记：

1、第一固定板；2、真空保护罩；3、束流通道；4、靶头；5、加强筋；

6、连接耳；7、气缸；8、水冷管道；9、连接板；10、水冷通管；

11、活动板；81、套罩；82、立板；12、密封法兰；13、波纹管；

14、第二固定板；15、支撑立柱； 16、限位柱；17、导孔套；

18、行程开关；19、触发件；20、强流回旋加速器；

21、强流回旋加速器用束流调试靶装置；22、实验终端；

23、束流真空管道。

具体实施方式

实施例1：一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，包括可与地面相对固定安装的固定机架，固定机架替代传统的墙面结构与地面相对固定连接，使用时可设置在强流回旋加速器和实验终端的中间，避免了现有技术中只能将调试装置设置在墙内固定位置的缺陷，以降低占地面积。

如图1和图2所示，固定机架（图中未示出）上固定连接有第一固定板1，第一固定板1上方设置有真空保护罩2（为了显示真空罩内的结构，图1和图2的真空保护罩都采用了半剖结构）。真空保护罩2设置有供强质子束流通过的束流通道3，真空保护罩2内设置有调试靶的靶头4。通过第一固定板1将靶头4固定在固定机架上以达到固定靶头4的目的。利用真空保护罩2确保调试靶在工作的过程中始终保持真空状态，束流通道3在使用时也是保持真空状态。为了提高真空保护罩2与第一固定板1之间的真空密封性，真空保护罩2与第一固定板1之间可采用密集的螺栓密封固定，而真空保护罩2的表面可设置若干加强筋5，用以增强真空保护罩2的刚性和强度。优选的在第一固定板1对称的两侧分别凸出设置有连接耳6，连接耳6设置有螺栓孔，便于与固定机架连接。

具体的，第一固定板1的下方固定设置有气缸7，气缸7与靶头4之间连接有中间组件，中间组件部分穿过所述第一固定板1与所述靶头4连接，当所述气缸7做伸出运动时，驱动中间组件带动所述靶头4往上运动，所述靶头4的终端位置刚好位于所述束流通道3内（状态如图1所示），当所述气缸7做回缩运动时，驱动中间组件带动所述靶头4往下运动远离所述束流通道3，所述束流通道3导通（状态如图2所示）。

作为优选的方式，气缸7电连接有控制器（图中未示出），通过远程遥控气缸7的运动，当需要束流调试时，遥控气缸7进行活塞杆的伸出运动，驱动动靶头4停止在束流通道3内，强回旋加速器所发出的强质子束流就会直接落入到靶头4进行调试。当不需要使用调试靶时，遥控控制气缸7的活塞杆进行回缩运动，驱动靶头4降低离开束流通道3，束流通道3导通，强回旋加速器所发出的强质子束流可直接通过束流通道3到达到实验终端，实现了束流调试靶和实验终端束流线共用一条束流线，调试靶在满足大功率质子束流调试的要求下，同时也能满足束流线后端实验的要求，本发明极大降低了束流调试的占用空间，免去了对传统调试靶的建造和维护成本。

具体的，中间组件包括与靶头4固定连接的连接座、与连接座固定连接的连接板9、设置于连接板9的下方且与连接板9固定连接的水冷通管10以及与水冷通管10的下端部固定连接的活动板11。具体的，连接座包括固定套设在调节靶的靶头4外壁的套罩81以及一端与套罩81固定连接的立板82，立板82的另一端与连接板9固定连接，靶头4连通有水冷管道8，水冷管道8的另一端穿过连接板9与水冷通管10连通，水冷通管10的下端部穿过活动板11连接有水冷装置（图中未示出）用于调试靶运行时的水冷需求，活动板11的下方固定连接有与气缸7的活塞杆固定连接的连接件（图中未示出），连接座与连接板9结构整体呈“匚”型，水冷管道8位于“匚”的内凹腔体中，提高装置的空间利用率。活动板11与气缸7的活塞杆固定连接，第一固定板1设有管道通孔，水冷通管10穿设于管道通孔且可在管道通孔中滑动。

气缸7运动时，带动活动板11运动，活动板11带动水冷通管10运动，水冷通管10带动连接座继而带动靶头4运动，该结构紧凑稳固，运行稳定，结构简单。同时利用水冷管道8、水冷通管10连接水冷装置，确保调试靶在使用时的水冷效果，连接板9起到连接和密封水冷通管10的作用。

优选的，水冷管道8与连接板9连接的位置设置有密封法兰12，并且采用多个螺栓结构进行密封固定，确保真空罩内的密封效果。由于水冷通管10与活动板11的连接口刚好在活动板11下方的中部，且需要跟水冷装置连接，因此采用连接件将活动板11与气缸7进行连接，不会影响到水冷通管10与水冷装置的连通，结构简单易行，结构紧凑。具体的，该连接件可设计为U型件，U型件的两端设置在活动板11的底面，活塞杆与U型件的中间固定连接。

为了提高真空罩内的密封性，沿着管道通孔的孔口四周增加密封法兰12，确保即便水冷通管10在管道通孔中运动时依然保证真空保护罩2内的真空密封性能。

进一步的，位于第一固定板1与活动板11之间的水冷通管10外套设有波纹管13，波纹管13的两端分别与第一固定板1和活动板11密封连接，具体的也可在连接处采用密封法兰12加固连接。可伸缩的波纹管13能够根据水冷通管10在第一固定板1和活动板11之间的运动自动调节长度，确保束流调节靶的工作环境的密封性。

作为优选的实施方式，第一固定板1的下方固定连接有第二固定板14，气缸7固定设置在第二固定板14的下方，活动板11设置在第一固定板1和第二固定板14之间，第二固定板14开设有供气缸7的活塞杆穿过的滑移孔。通过第一固定板1和第二固定板14的连接，将气缸7间接固定在固定机架上，利用活动板11在第一固定板1和第二固定板14之间来回运动实现靶头4的移动调节，调试装置的结构更加稳定，提高调试靶的工作稳定性。

为了使结构更加稳固，第一固定板1和第二固定板14之间设置有支撑立柱15，活动板11设置有滑移导孔，支撑立柱15对应插设于滑移导孔中。为了提高装置运动过程的稳定性，在滑移导孔的上方设置有导孔套17，导孔套17套设在支撑立柱15上。优选的，支撑立柱15的数量为四根，分别设置在第一固定板1的四个顶角处。

作为更加优选的实施方式，第二固定板14和活动板11的上表面均设置有限位柱16。不同的是，位于活动板11上的限位柱16的高度低于位于第二固定板14上限位柱16的高度，限位柱16的具体高度根据气缸7回缩后的各部件具体位置确定。限位柱16的作用是防止气缸7在做回缩运动时，由于活塞杆上的承托的组件重力过大而使气缸7的回缩运动过度损坏气缸7，同时也在束流调节靶在非调试工作状态时，限位柱16能够提供一定的支撑力，而并非所有的支撑力都压迫在气缸7的活塞杆上，较好的保护气缸7。

为了满足装置的远程控制需求，支撑立柱15的两端部分别设置有行程开关18，活动板11对应行程开关18的感应线路上设置有触发件19。气缸7的活塞杆作伸出运动中，带动活动板11上的触发件19逐渐靠近位于支撑立柱15上端的行程开关18，当触发件19抵触到位于支撑立柱15上端的行程开关18时，即可发出信号到遥控终端，告知靶头4已经达到束流通道3，可以进行调试工作；当气缸7的活塞杆作回缩运动中，带动活动板11上的触发件19逐渐靠近位于支撑立柱15下端的行程开关18，当触发件19抵触到位于支撑立柱15下端的行程开关18时，即可发出信号到遥控终端，告知靶头4已经完全远离束流通道3，可以进行实验终端工作，该控制全程通过信号传输，避免了人需要到现场观察的受到辐射的危险，且操作快捷便利。

为了确保控制的稳定性，位于顶角对称的两根支撑立柱15上的两端分别设置有一个行程开关18，活动板11的对应位置也分别设置有触发件19，采用至少两组的行程开关装置，即便有任一组感应系统失灵的情况下依然能够正常控制，提高工作的稳定性。本发明所采用的这种行程开关18和触发件19均采用现有市面可轻易购买所得的常规元器件，其工作原理也是本领域公知的技术，在此不作详细的阐述。

实施例2

本实施例公开一种上述强流回旋加速器束流调试方法，如图3所示，采用实施例1中的强流回旋加速器束流调试装置21，在所述强流回旋加速器束流调试装置21的前端通过束流真空管道23连接强流回旋加速器20，在所述强流回旋加速器束流调试装置21的后端通过束流真空管道23连接实验终端22，且在强流回旋加速器束流调试装置21外设立局部屏蔽机构。当需要对强流回旋加速器20进行束流调试时，遥控启动所述气缸7做伸出运动，驱使所述靶头4上升到达所述束流通道3，所述强流回旋加速器20发出的束流光线会落到所述靶头4，实现束流调试工序；当不需要束流调试时，遥控启动所述气缸7做回缩运动，驱使所述靶头4下降远离所述束流通道3，所述强流回旋加速器20发出的束流光线会穿过所述束流通道3，达到后端的实验终端22，进行实验工序。本发明的方法可以快速调节调试和实验两种工序的切换，实现调试束流和实验束流共用同一条束流线，大大降低设备的占地问题和后期设备维护成本问题，提高了调试和实验的转换效率。

以上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)

1.一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：包括可与地面相对固定安装的固定机架，固定机架上固定设置有第一固定板（1），第一固定板（1）上方设置有真空保护罩（2），真空保护罩（2）设置有束流通道（3），所述真空保护罩（2）内设置有可接收能量为100MeV、强流为200μA的束流的调试靶的靶头（4），所述第一固定板（1）的下方固定设置有气缸（7），气缸（7）与所述靶头（4）之间连接有中间组件，中间组件部分穿过所述第一固定板（1）与所述靶头（4）连接，当所述气缸（7）做伸出运动时，驱动中间组件带动所述靶头（4）往上运动，所述靶头（4）的终端位置刚好位于所述束流通道（3）内，当所述气缸（7）做回缩运动时，驱动中间组件带动所述靶头（4）往下运动远离所述靶头（4），所述束流通道（3）导通，所述中间组件包括与所述靶头（4）固定连接的连接座、与所述连接座固定连接的连接板（9）、设置于所述连接板（9）的下方且与所述连接板（9）固定连接的水冷通管（10）以及与所述水冷通管（10）的下端部固定连接的活动板（11），活动板（11）与所述气缸（7）的活塞杆固定连接，所述第一固定板（1）设有管道通孔，所述水冷通管（10）穿设于所述管道通孔且可在所述管道通孔中滑动，靶头（4）连通有水冷管道（8），水冷管道（8）的另一端穿过连接板（9）与水冷通管（10）连通，水冷通管（10）下端连接有水冷装置，于所述强流回旋加速器用束流调试靶装置（21）的前端通过束流真空管道（23）连接强流回旋加速器（20），于所述强流回旋加速器用束流调试靶装置（21）的后端通过束流真空管道（23）连接实验终端（22）。

2.根据权利要求1所述的一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：所述水冷通管（10）的下端部穿过所述活动板（11）中部连接有水冷装置，所述活动板（11）设置有与所述气缸（7）的活塞杆固定连接的连接件。

3.根据权利要求2所述的一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：所述第一固定板（1）与所述活动板（11）之间设有波纹管（13），波纹管（13）套设在位于所述第一固定板（1）与所述活动板（11）之间的所述水冷通管（10）上，波纹管（13）的两端分别与所述第一固定板（1）和所述活动板（11）密封连接。

4.根据权利要求1所述的一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：所述第一固定板（1）的下方固定连接有第二固定板（14），所述气缸（7）固定设置在所述第二固定板（14）的下方，所述第二固定板（14）开设有供所述气缸（7）的活塞杆穿过的滑移孔。

5.根据权利要求4所述的一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：所述第一固定板（1）和第二固定板（14）之间设置有支撑立柱（15），所述活动板（11）设置有滑移导孔，所述支撑立柱（15）对应插设于所述滑移导孔内且可在所述滑移导孔中滑移。

6.根据权利要求4所述的一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：所述第二固定板（14）和活动板（11）的上表面均设置有限位柱（16）。

7.根据权利要求1所述的一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：所述连接座包括固定套设在所述靶头（4）外壁的套罩（81）以及一端与所述套罩（81）固定连接的立板（82），立板（82）的另一端与所述连接板（9）固定连接，所述连接座与连接板（9）连接成“匚”型。

8.根据权利要求5所述的一种强流回旋加速器用束流调试靶装置，其特征在于：所述支撑立柱（15）的两端部分别设置有行程开关（18），所述活动板（11）对应所述行程开关（18）的感应区域内设置有触发件（19）。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的强流回旋加速器用束流调试靶装置的束流调试方法，其特征在于：于所述强流回旋加速器用束流调试靶装置（21）的前端通过束流真空管道（23）连接强流回旋加速器（20），于所述强流回旋加速器用束流调试靶装置（21）的后端通过束流真空管道（23）连接实验终端（22）；当需要对强流回旋加速器（20）进行束流调试时，遥控启动所述气缸（7）做伸出运动，驱使所述靶头（4）上升停止在所述束流通道（3）中，所述强流回旋加速器（20）发出的束流会落到所述靶头（4），实现束流调试；当不需要束流调试时，遥控启动所述气缸（7）做回缩运动，驱使所述靶头（4）下降远离所述束流通道（3），所述束流通道（3）导通，所述强流回旋加速器（20）发出的束流穿过所述束流通道（3），达到后端的实验终端（22）。