CN108882497A - 一种用于质子束流线末端的束流接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于质子束流线末端的束流接收装置，其包括用于和质子束流线末端同轴绝缘连接相连的束流导入板（1）、与束流导入板（1）同轴绝缘相连的束流阻断块（2）以及电缆；束流导入板（1）背离束流阻断块（2）的一端端面的轴向中心处开有供束流进入的通孔（11）；束流阻断块（2）上朝向束流导入板（1）的侧面开有与通孔（11）连通的安装槽（21），安装槽（21）内固定有与通孔（10）轴向垂直的束流接收板（3）；电缆与束流接收板（3）相连。本发明将束流导入板直接与质子束流线末端同轴绝缘相连，限定了束流接收装置的位置，减少了人为因素的影响，有效的规避了随机性误差，大大提高了束流收集的精度及实验的成功率。

Description

一种用于质子束流线末端的束流接收装置

技术领域

本发明涉及回旋加速器束流收集技术领域，更具体地说，它涉及一种用于质子束流线末端的束流接收装置。

背景技术

辐照实验中，来自回旋加速器质子束流线末端的质子束流的收集是实验的一个重要步骤。回旋加速器加速质子，束流线输出高能质子，质子束流的收集直接影响了辐照实验的精确性。

为了准确地收集到束流，目前在低能回旋加速器的束流收集中，普遍采用的方法是，将准备照射实验的元件（即被测元件）夹在伺服平台上，利用伺服平台的多轴运动来调节被测元件和质子束流线末端结构对心，即步进电机通过控制软件输出的脉冲信号，进行被测元件位置的调节。在实际操作中，通常是一人在现场进行目测，观察是否对心，通过通讯系统与操作伺服平台的人员进行沟通。因为这种操作方法涉及多个环节，每个环节都可能出现误差，而且这种误差存在着随机性，不能采用数值模拟的方法来消除。对于中能紧凑型回旋加速器的辐照实验来说，部分实验对心要求较高，采用伺服平台的对心调节方法不能满足实验需求；同时辐照实验开始后，如果发现对心不准，因为残余剂量的存在，实验现场不能进人，无法进行调节，严重影响实验进度。

发明内容

针对辐照实验中现有束流收集装置存在难以精确定位的问题，本发明的目的在于提供一种用于质子束流线末端的束流接收装置，其结构简单，安装方便，能够精准地收集质子束流，从而高效地实现辐照实验。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于质子束流线末端的束流接收装置，包括用于和质子束流线末端绝缘相连的束流导入板、与束流导入板同轴绝缘相连的束流阻断块以及电缆；所述束流导入板的轴向中心处开有用于与质子束流线传输方向相对应的通孔；所述束流阻断块上朝向束流导入板的侧面开有与通孔连通的安装槽，所述安装槽内固定有与通孔轴向垂直的束流接收板，所述电缆与束流接收板相连。

本发明中，在束流导入板上同轴连接束流阻断块，并在束流阻断块内安装作为被测元件载体的束流接收板。因此，将束流导入板同轴连接在质子束流线末端时，束流导入板可通过通孔精确地导入束流，并精确地传输到束流接收板上，束流接收板可在接收一定量束流以辐照被测元件的同时，阻断多余的束流，避免束流进入大气污染环境，通过电缆线将测试数据实时传输给外设的信息控制系统（例如上位控制机）；各部件之间保证绝缘，可保证实验的安全性。

优选地，束流导入板是由铝合金材料制成的束流导入板，束流阻断块也是由铝合金材料制成的束流阻断块。

优选地，束流导入板与束流阻断块均为方形结构。

优选地，束流导入板和束流阻断块的边缘均设有散热格栅结构。

优选地，束流接收装置还包括设在束流阻断块上的风冷组件。

优选地，所述风冷组件包括连接在束流阻断块上的冷气源，所述束流阻断块外表面对应于束流接收板的安装位置开设有与安装槽连通的冷气源接口孔；所述安装槽在束流阻断块的外表面具有用于排气的开口。

在上述技术方案中，通过冷气源接口孔，利用冷气源不断输入冷气流，通过安装槽的开口以带走热量，避免温度过高，使得束流接收板上的电器元件被烧坏，机械元件也可能被烧坏，产生弯曲变形，从而影响束流收集的准确性，进而严重影响辐照实验数据的采集。

优选地，所述风冷组件还包括设在束流阻断块背离束流导入板一端的散热风扇。

通过上述技术方案，在束流阻断块的末端加装大功率散热风扇，直吹并吹遍束流阻断块，以便对束流阻断块进行主动散热，更有利于辐照实验的稳定进行。

优选地，束流阻断块上开有冷气源接口孔的侧面上还开有测温孔，所述测温孔中设有热电偶。

通过上述技术方案，利用测温孔连接热电偶，热电偶连接外设的显示面板，操作人员可实时监控温度的变化，若温度过高，可立即停止实验。

优选地，束流导入板与束流阻断块通过绝缘螺钉相连，且束流导入板与束流阻断块的接触面之间设有绝缘垫片。

优选地，束流导入板背离束流阻断块的一端端面边缘上围绕通孔中心轴对称地设有若干安装孔，安装孔的设置位置位于质子束流线末端的沉头孔的尺寸所限定的对应区域内。

通过上述技术方案，使得安装孔的设置位置与质子束流线末端的沉头孔的尺寸相匹配，可保证束流导入板与质子束流线末端的沉头孔实现同轴连接，从而可通过沉头孔精确地将质子束流线末端的束流引入束流导入板。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明将束流接收装置的束流导入板直接与质子束流线末端同轴绝缘相连，限定了束流接收装置的位置，减少了人为因素的影响，有效的规避了随机性误差，从而大大的提高了束流收集的精度，提高了实验的成功率。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于质子束流线末端的束流接收装置的结构示意图；

图2是图1中放大了的束流阻断块的结构示意图，其中图2的束流接收板上略去了被测元件；

图3示出了束流接收板上被测元件及电缆的安装位置；

图4示出了散热风扇和冷气源的安装方式。

附图标记：1-束流导入板，11-通孔，12-安装孔，13-绝缘螺钉，2-束流阻断块，21-安装槽，211-开口，22-螺纹连接孔，3-束流接收板，31-固定孔，4-冷气源接口孔，5-测温孔，6-散热格栅结构，7-散热风扇，8-电缆焊接位，9被测元件，10冷气源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实际上，本发明提供的一种用于质子束流线末端的束流接收装置为一种辐照实验装置，其通常设在质子束流线末端，用于接收部分质子束流进行辐照实验，并同时阻断多余的质子束流。为便于安装本发明的束流接收装置，应预先在质子束流线末端开设沉头孔。

如图1所示，本发明提供的一种用于质子束流线末端的束流接收装置包括用于和质子束流线末端的沉头孔同轴绝缘连接相连的束流导入板1、与束流导入板1同轴绝缘相连的束流阻断块2以及用于传输电子检测信号的电缆（未示出）。所述束流导入板1的轴向中心处开有用于与质子束流线传输方向相对应以供束流进入的通孔11；所述束流阻断块2上朝向束流导入板1的侧面开有与通孔11连通的安装槽21，所述安装槽21内固定有与通孔10轴向垂直的束流接收板3。束流接收板3上设有若干固定孔31，以便通过插入螺钉将其固定到安装槽21内。

考虑到散热和剂量残余的问题，本发明中，束流导入板1和束流阻断块2均采用铝合金材料（优选型号6061）制成，原因在于，铝合金的热导性较强，同时剂量残余的时间较短。优选地，束流导入板1和束流阻断块2采用方形结构，以便于加工。

为了更好地实现自然散热，本发明的束流导入板1和束流阻断块2的边缘均设有散热格栅结构6，以加大散热面积。

为保证束流导入板1与质子束流线末端的沉头孔实现同轴连接，如图1所示，束流导入板1背离束流阻断块2的一端端面边缘上围绕通孔11中心轴对称地设有若干安装孔12，且安装孔12在束流导入板1上的设置位置位于质子束流线末端的沉头孔的尺寸所限定的对应区域内。采用这种方式，在安装束流导入板1时，可使束流导入板1的通孔11与沉头孔对应，以便将质子束流线末端的束流精确地引入束流导入板1。

为了使束流导入板1与质子束流线末端保证绝缘，在束流导入板1与质子束流线末端设置绝缘垫片，并使用定制的绝缘螺钉13（可以是尼龙螺钉），将其插入到安装孔12中，从而实现束流导入板1与质子束流线末端的连接。

同样为了保证绝缘，束流导入板1和束流阻断块2之间设有绝缘垫片；并且，束流阻断块2的边缘开设有若干螺纹连接孔22，螺纹连接孔22用于插设定制的尼龙螺钉，以连接束流导入板1和束流阻断块2。

如图3所示，辐照实验所采用的被测元件9可安装在束流接收板3上；同时，可在束流接收板3上靠近被测元件9的位置开设电缆焊接位8，将用于传输电子信号的电缆焊接到电缆焊接位8，从而可以通过电缆将被测元件9接收到的关于束流信息（如剂量监测信息）的电子检测信号传送到外设的信息控制系统（未示出），通过该信息控制系统进行束流信息记录并控制回旋加速器的启闭。

由于束流接收板3接收束流时，发热功率为200W，过高的温度会影响辐照实验的进行。为了加强散热，本发明的束流接收装置还包括设在束流阻断块2上的风冷组件。

在一种优选的实施方式中，风冷组件包括连接在束流阻断块2上的冷气源10，冷气源10可以是空气压缩机，所述束流阻断块2外表面对应于束流接收板3的安装位置开设有与安装槽21连通的冷气源接口孔4；所述安装槽21在束流阻断块2的外表面具有用于排气的开口211。

在更优选的实施方式中，风冷组件还可以进一步包括设在束流阻断块2背离束流导入板1一端的散热风扇7。优选地，散热风扇7的尺寸应大于束流阻断块2的尺寸，即散热风扇7能够覆盖束流阻断块2末端，以便对整个束流阻断块2进行散热，可进一步提高散热效率。

此外，为了监测束流接收板3上温度的变化，在束流阻断块2上开有冷气源接口孔4的侧面上还开有测温孔5，用于连接热电偶，热电偶连接外设的显示面板。这样，操作人员可实时监控温度的变化，温度过热，则立即停止实验。

以下给出一种辐照实验中所采用的本发明中用于质子束流线末端的束流接收装置的结构尺寸：

由于100Mev质子在铝中的穿透距离为36mm，为了阻断多余的束流，束流导入板1的轴向长度选定为50mm，束流导入板1整体尺寸选定为155x155x50mm，若束流接收板3上的被测元件9（如金刚石模块）尺寸为20x20mm，则束流导入板1正中心的通孔11的尺寸为20x20mm；回旋加速器质子束流线末端的沉头孔的尺寸为136x136mm，则束流导入板1上所有安装孔12的设置位置应位于沉头孔尺寸136x136mm所限定的区域内；束流接收板3的厚度为5mm，考虑安装问题，自束流阻断块2的与束流导入板1相连的侧面上向背离束流导入板1的方向上铣出14mm深、长宽为70x44mm的安装槽21（见图2），并束流阻断块2上开四个螺纹连接孔22，四个螺纹连接孔22之间横向、纵向距离为80mm，四个螺纹连接孔22绕轴心均布在束流阻断块2朝向束流导入板1的一侧上，用于与束流导入板1连接；选择在束流阻断块2上对应束流接收板3的位置开M8的冷气源接口孔4，并在束流阻断块2上开M6的测温孔5。

本发明中用于质子束流线末端的束流接收装置的工作过程如下：

先将束流接收板3安装在束流阻断块2的安装槽21内，然后利用螺纹连接孔22和尼龙螺钉将束流阻断块2连接在束流导入板1上，安装完成后，利用安装孔12和绝缘螺钉13将所得到的束流接收装置安装在束流线末端，启动回旋加速器，输出质子束流，同时启动空气压缩机和风冷组件；束流通过束流导入板1的通孔11照射在束流接收板3上的被测元件9上，同时，束流接收板3通过设在电缆焊接位8的电缆传输信号到外设的信息控制系统（如上位控制机），由信息控制系统记录和处理实验数据，通过测温孔5所设置的热电偶实时监控温度的变化，实时监控接收信号的变化趋势，直至完成实验。

本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 (10)

1.一种用于质子束流线末端的束流接收装置，其特征在于，所述束流接收装置包括用于和质子束流线末端绝缘相连的束流导入板（1）、与束流导入板（1）同轴绝缘相连的束流阻断块（2）以及电缆；所述束流导入板（1）的轴向开有用于与质子束流线传输方向相对应的通孔（11）；所述束流阻断块（2）上朝向束流导入板（1）的侧面开有与通孔（11）连通的安装槽（21），所述安装槽（21）内固定有与通孔（10）轴向垂直的束流接收板（3）；所述电缆与束流接收板（3）相连。

2.根据权利要求1所述的束流接收装置，其特征在于，束流导入板（1）是由铝合金材料制成的束流导入板，束流阻断块（2）也是由铝合金材料制成的束流阻断块。

3.根据权利要求2所述的束流接收装置，其特征在于，束流导入板（1）与束流阻断块（2）均为方形结构。

4.根据权利要求3所述的束流接收装置，其特征在于，束流导入板（1）和束流阻断块（2）的边缘均设有散热格栅结构（6）。

5.根据权利要求1所述的束流接收装置，其特征在于，所述束流接收装置还包括设在束流阻断块（2）上的风冷组件。

6.根据权利要求5所述的束流接收装置，其特征在于，所述风冷组件包括连接在束流阻断块（2）上的冷气源（10），所述束流阻断块（2）外表面对应于束流接收板（3）的安装位置开设有与安装槽（21）连通的冷气源接口孔（4）；所述安装槽（21）在束流阻断块（2）的外表面具有用于排气的开口（211）。

7.根据权利要求6所述的束流接收装置，其特征在于，所述风冷组件还包括设在束流阻断块（2）背离束流导入板（1）一端的散热风扇（7）。

8.根据权利要求1-7任一所述的束流接收装置，其特征在于，束流阻断块（2）上开有冷气源接口孔（4）的侧面上还开有测温孔（5），所述测温孔（5）中设有热电偶。

9.根据权利要求1所述的束流接收装置，其特征在于，束流导入板（1）与束流阻断块（2）通过绝缘螺钉相连，且束流导入板（1）与束流阻断块（2）的接触面之间设有绝缘垫片。

10.根据权利要求1所述的束流接收装置，其特征在于，束流导入板（1）背离束流阻断块（2）的一端端面边缘上围绕通孔（11）中心轴对称地设有若干安装孔（12），所述安装孔（12）内设有用于连接质子束流线末端的绝缘螺钉（13）。