CN109521461A - 一种用于控制中子自旋的翻转线圈 - Google Patents

一种用于控制中子自旋的翻转线圈 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制中子自旋的翻转线圈。翻转线圈包括两个以中心轴对称并相隔一定缝隙的子线圈，通过设计子线圈电流通路结构形成一定的电流分布，每个子线圈产生的磁场在空间叠加，形成一个垂直于线圈表面分量远小于平行于线圈表面分量的磁场，该磁场能够控制中子自旋翻转90度或180度。本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈通过直流电驱动，磁场性能稳定；使用材料为铝材，中子穿透率高；垂直方向和水平方向磁场比值小，中子的翻转率高；可使用电火花方法加工，加工方法简易，工艺可靠。

Description

一种用于控制中子自旋的翻转线圈
技术领域
本发明属于中子自旋回波技术领域，具体涉及一种用于控制中子自旋的翻转线圈。
背景技术
中子自旋回波谱仪技术是目前能量分辨较高的中子散射技术，主要应用于软物质、生物大分子等弛豫时间较慢的材料的微观动力学研究。中子自旋回波谱仪关键部件之一就是用于控制中子自旋翻转90度以及180度的中子自旋翻转器线圈。目前，国际上比较常用的翻转线圈采用mezei型，其缺点是主要应用于单色波长中子的自旋翻转，如果应用于白光中子将需要与中子源振荡周期进行同步，同时调节周期内电流幅度满足一定条件，实现过程复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于控制中子自旋的翻转线圈。
本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈，其特点是：所述的翻转线圈包括盖板、T形块、线圈、绝缘片、背板和螺钉；
所述的线圈包括两个对称的平板型子线圈，子线圈中间的缝隙宽度为a，子线圈上下两端的缝隙宽度为b，子线圈的厚度为d，缝隙a对应的子线圈位置上留有中子穿过区，中子穿过区的长度小于中子束斑，中子穿过区的厚度为1/3d；子线圈上切割有贯穿子线圈厚度的缝隙，在子线圈上形成了三条宽度相同、电流方向一致的电流通路A、电流通路B和电流通路Ｃ，电流通路A、电流通路B和电流通路Ｃ的电流密度比值为1:2:3；子线圈上还安装有三个接线孔，第一个接线孔位于电流通路A的首端并接电源的正极，第二个接线孔位于电流通路B的首端并接电源的正极，第三个接线孔位于电流通路C的末端并接电源的负极；
所述的线圈通过四个盖板压紧固定在背板的凹槽内；
所述的线圈与背板之间有两块绝缘片，用于线圈和背板之间的绝缘；
螺钉位于盖板边缘，螺钉贯穿盖板固定在背板的边缘上；
所述的线圈的材料为铝合金；
所述的盖板和绝缘片的材料为市售的G10绝缘板。
本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈通过直流电驱动，磁场性能稳定。本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈中的大部分材料为铝材，中子穿透率高。本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈垂直方向和水平方向磁场比值小，能够控制中子自旋翻转90度或180度，中子的翻转率高。本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈可使用电火花方法加工，加工方法简易，工艺可靠。
附图说明
图1为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈的电流通路结构示意图；
图2为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈中间缝隙示意图；
图3为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈的装配体爆炸视图；
图4为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈的装配体正视图；
图5为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈的装配体中心截面视图；
图6为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈表面中子穿过区水平方向磁场分布；
图7为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈表面中子穿过区垂直方向磁场分布；
图8为本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈表面中子穿过区水平方向和垂直方向磁场比值；
图中，1.盖板 2.T形块 3.线圈 4.绝缘片 5.背板 6.螺钉。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1-5所示，本发明的用于控制中子自旋的翻转线圈，其特征在于：所述的翻转线圈包括盖板1、接线柱2、线圈3、绝缘片4、背板5和螺钉6；
所述的线圈包括两个对称的平板型子线圈，子线圈中间的缝隙宽度为a，子线圈上下两端的缝隙宽度为b，子线圈的厚度为d，缝隙a对应的子线圈位置上留有中子穿过区，中子穿过区的长度小于中子束斑，中子穿过区的厚度为1/3d；子线圈上切割有贯穿子线圈厚度的缝隙，在子线圈上形成了三条宽度相同、电流方向一致的电流通路A、电流通路B和电流通路Ｃ，电流通路A、电流通路B和电流通路Ｃ的电流密度比值为1:2:3；子线圈上还安装有三个接线孔，第一个接线孔位于电流通路A的首端并接电源的正极，第二个接线孔位于电流通路B的首端并接电源的正极，第三个接线孔位于电流通路C的末端并接电源的负极；
所述的线圈通过四个盖板压紧固定在背板的凹槽内；
所述的线圈与背板之间有两块绝缘片，用于线圈和背板之间的绝缘；
螺钉位于盖板边缘，螺钉贯穿盖板固定在背板的边缘上；
所述的线圈的材料为铝合金；
所述的盖板和绝缘片的材料为市售的G10绝缘板。
实施例1
本实施例翻转线圈的电流通路结构见图1，A、B和C三条主电流通路宽度均相同，均为36mm，电流方向一致，电流密度比值为1:2:3，电流分别为43.2 A、86.4 A和129.6 A，相应电流密度分别为0.4 A/mm2、0.8 A/mm2 、1.2 A/mm2。
如图2，本实施例翻转线圈中间缝隙尺寸和公差如下：a为0.1 mm，a的公差为-0.02mm，b为0.5 mm，b的公差为 ±0.05 mm。
本实施例翻转线圈中间为中子穿过区，线圈厚度两边减薄为1/3d，即1 mm。
翻转线圈加工上，先按照上述设计使用电火花方法在薄铝板上划刻细缝加工子线圈，本例加工子线圈的铝材牌号为5052。两个子线圈两端各切出一个小直角，在翻转线圈装配时将T形块2插入该直角，用该T形块保证两子线圈之间缝隙的尺寸和公差。
本实施例翻转线圈整体装配如图3、图4和图5，线圈3装在背板5的凹槽内，并用四个盖板1压紧，盖板1和背板5之间用螺钉6紧固，线圈3和背板5之间铺两片0.5 mm厚的绝缘片4，背板5材料牌号为6061的铝合金，盖板1和绝缘片4材料为G10绝缘板。
按照上述设计、加工和装配翻转线圈后，翻转线圈表面中子穿过区水平方向磁场分布如图5，翻转线圈表面中子穿过区垂直方向磁场分布如图6，相应的翻转线圈表面中子穿过区垂直方向和水平方向磁场比值如图7，纵轴单位为特斯拉，横轴单位为毫米。从图7可以看出除了中间很小的区域，大部分地方垂直方向和水平方向磁场比值小于0.01。该翻转线圈能够控制中子自旋翻转90度或180度，垂直方向和水平方向磁场比值小，中子翻转率和穿透率高，加工方法简易，工艺可靠。

Claims (3)

1.一种用于控制中子自旋的翻转线圈，其特征在于：所述的翻转线圈包括盖板（1）、T形块（2）、线圈（3）、绝缘片（4）、背板（5）和螺钉（6）；
所述的线圈（3）包括两个对称分布的平板型子线圈，子线圈中间的缝隙宽度为a，子线圈上下两端的缝隙宽度为b，a和b的大小通过T形块（2）来调控；子线圈的厚度为d，缝隙a对应的子线圈位置上留有中子穿过区，中子穿过区的长度大于中子束斑，中子穿过区的厚度为1/3d；
所述线圈（3）的子线圈上切割有贯穿子线圈厚度的缝隙，在子线圈上形成了三条宽度相同、电流方向一致的电流通路A、电流通路B和电流通路Ｃ，电流通路A、电流通路B和电流通路Ｃ的电流密度比值为1:2:3；子线圈上还有三个接线孔，第一个接线孔位于电流通路A的首端并接电源的正极，第二个接线孔位于电流通路B的首端并接电源的正极，第三个接线孔位于电流通路C的末端并接电源的负极；
所述的线圈（3）通过四个盖板（1）压紧固定在背板（5）的凹槽内；
所述的线圈（3）与背板（5）之间有两块绝缘片（4），用于线圈（3）和背板（5）之间的绝缘；
螺钉（6）位于盖板（1）边缘，螺钉（6）贯穿盖板（1）固定在背板（5）的边缘上。
2.根据权利要求1所述的用于控制中子自旋的翻转线圈，其特征在于：所述的线圈（3）的材料为铝合金。
3.根据权利要求1所述的用于控制中子自旋的翻转线圈，其特征在于：所述的盖板（1）和绝缘片（4）的材料为市售的G10绝缘板。
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