CN109738288B - 一种多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托，属于粒子加速器材料辐照样品托技术领域。包括样品底座所述样品底座上依次设有呈田字形分布的力学拉伸模块、力学压缩及TEM模块、辐照注量模块和辐照角度模块。本发明提高了加速器束流利用效率。本发明的样品托一次可以提供多样品的辐照，节省了辐照实验时间和样品消耗。本发明将常规的力学实验样品，TEM样品，辐照条件变化样品有机结合起来，一次性可以得到大量辐照样品数据，避免了同样参数调节设置加速器束流状态不稳定造成的材料辐照损伤差异，结果一致性更高。
Description
技术领域
本发明涉及粒子加速器材料辐照样品托技术领域，更具体的说是涉及一种多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托。
背景技术
在核技术及应用的材料辐照损伤研究中，常常需要利用粒子加速器(串列加速器，离子注入机，同步辐射光源等)轰击待研究材料(等离子面对材料钨合金，结构材料低活化钢等)表面造成辐照材料表面损伤或体损伤。进而通过力学测试，电镜分析等表征手段研究核材料在粒子轰击后出现的辐照致脆，辐照肿胀，溅射刻蚀等辐照性能变化。该领域中粒子加速器辐照的样品一般为镜面抛光的金属样品，样品为固定尺寸的圆柱体或者长方体，辐照完成后进行TEM制样，或者切割成拉伸样品，压缩样品，造成制样过程复杂，手续繁杂，效率低下。
当前此类辐照类样品托大部分为加速器标准传统样品托，功能简单，样品单一，实验过程样品辐照参数调节困难，且所能装载的样品量数目有限，这么多的样品需求很难在标准样品托上实现，这么多样品的辐照损伤验需要分批次多轮次实验，辐照周期长，手续复杂，成本高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托，一种能使力学拉伸样品，力学压缩样品，TEM初步样品，辐照剂量变化，辐照角度变化样品同时接受辐照的样品托结构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托，包括样品底座，所述样品底座上依次设有呈田字形分布的力学拉伸模块、力学压缩及TEM模块、辐照注量模块和辐照角度模块。
本发明的多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托中的力学拉伸模块：根据所需要的拉伸样品尺寸设计模块固定样品方式，采用侧向螺钉顶入结构，利用压力和摩擦力使得拉伸样品固定于模块中。根据空间条件限制，设计模块可以容纳3个拉伸样品。力学压缩及TEM模块：该模块将样品置于模块内的深孔中，由于模块高度高于样品高度，利用配合关系，可以保持样品辐照时不会脱落。辐照注量模块：此模块和传统标准样品托类似，改变了固定方式和样品尺寸，更加充分利用空间。辐照角度模块：利用模块中间竖直放置的弯曲内表面支撑杆，可实现不同角度的样品放置固定，由于辐照粒子入射角度固定，样品倾斜相当于辐照入射角度变化，样品另一侧和其他模块类似，用螺钉侧面固定。
进一步的，所述力学拉伸模块包括力学拉伸底板和设置在力学拉伸底板上的力学拉伸组件，所述力学拉伸底板上开设有第一螺纹孔，所述力学拉伸模块通过力学拉伸底板上的第一螺纹孔固定连接在样品底座上。
进一步的，所述力学拉伸组件包括平行设置在力学拉伸底板上的两块力学拉伸固定板，且两块力学拉伸固定板之间形成容纳拉伸样品的放置腔，靠近外侧的力学拉伸固定板上开设有用于固定拉伸样品用的力学拉伸螺纹孔。
进一步的，所述力学压缩及TEM模块包括力学压缩及TEM底板和设置在力学压缩及TEM底板上的力学压缩及TEM组件，所述力学压缩及TEM底板上开设有第二螺纹孔，所述力学压缩及TEM模块通过力学压缩及TEM底板上的第二螺纹孔固定连接在样品底座上。
进一步的，所述力学压缩及TEM组件包括力学压缩及TEM固定块，所述力学压缩及TEM固定块上开设有若干等间距设置的样品放置孔。
进一步的，所述辐照注量模块包括辐照注量底板和设置在辐照注量底板上的辐照注量组件，所述辐照注量底板上开设有第三螺纹孔，所述辐照注量模块通过辐照注量底板上的第三螺纹孔固定连接在样品底座上。
进一步的，所述辐照注量组件包括辐照注量固定围框，辐照注量固定围框的侧壁上开设有若干固定辐照注量样品用的辐照注量螺纹孔。
进一步的，所述辐照角度模块包括辐照角度底板和设置在辐照角度底板上的辐照角度组件，所述辐照角度底板上开设有第四螺纹孔，所述辐照角度模块通过辐照角度底板上的第四螺纹孔固定连接在样品底座上。
进一步的，所述辐照角度组件包括平行设置在辐照角度底板上的两块辐照角度固定板，两块辐照角度固定板上开设有用于固定辐照角度样品用的辐照角度螺纹孔，在两块辐照角度固定板之间平行于辐照角度固定板设有支撑杆，所述支撑杆在面向辐照角度固定板的两侧开设有向内弯曲的凹槽。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
一、提高了加速器束流利用效率。本发明的样品托一次可以提供多样品的辐照，节省了辐照实验时间和样品消耗。
二、本发明将常规的力学实验样品，TEM样品，辐照条件变化样品有机结合起来，一次性可以得到大量辐照样品数据，避免了同样参数调节设置加速器束流状态不稳定造成的材料辐照损伤差异，结果一致性更高。
三、本发明结构简单，性价比高，符合技术发展需求，利于市场应用。适用于各种类型的加速器辐照损伤样品研究。
附图说明
图1为本发明中的常见加速器标准样品托底示意图；
图2是本发明中的力学拉伸样品示意图；
图3为本发明中的压缩样品(厚)和TEM样品(薄)示意图；
图4本发明中的辐照角度变化示意图；
图5是本发明的力学拉伸模块示意图；
图6是本发明的力学压缩及TEM模块示意图；
图7是本发明的辐照注量模块示意图；
图8是本发明的辐照角度模块示意图；
图9为本发明实施例的整体外观图。
图中标记：1-常规辐照样品，2-第五螺纹孔，3-样品底座，4-力学拉伸样品，5-压缩样品，6-TEM样品，7-粒子辐照入射方向垂直于辐照角度样品表面，8-辐射辐照角度样品的入射角30°，9-辐照角度辐射样品的入射角度60°，10-力学拉伸底板，11-力学拉伸固定板，12-第一螺纹孔，13-力学拉伸螺纹孔，14-第二螺纹孔，15-样品放置孔，16-力学压缩及TEM底板，17-力学压缩及TEM固定块，18-第三螺纹孔，19-辐照注量螺纹孔，20-辐照注量底板，21-辐照注量固定围框，22-第四螺纹孔，23-辐照角度固定板，24-支撑杆，25-辐照角度螺纹孔，26-凹槽，27-辐照角度底板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1:
当前此类辐照类样品托大部分为加速器标准传统样品托，功能简单，样品单一，实验过程常规辐照样品1辐照参数调节困难，且所能装载的常规辐照样品1量数目有限，见图1。而目前粒子辐照实验常常需要改变各种参数实现金属辐照损伤系统研究。实验室较为常用的样品实验有几种：
一种是辐照金属的力学拉伸实验，实验所需的力学拉伸样品4为拉伸样见图2，(俗称“狗骨头”)，主要测量辐照后力学拉伸样品4的拉伸屈服强度和辐照脆性研究。
和拉伸实验对应的为压缩实验，主要测量压缩屈服强度和弹性模量，样品一般为直径3mm的圆柱状见图3。压缩样品5，一般厚度不超过4mm；TEM样品6，一般厚度0.5mm。
更加细致的微观形貌观察，晶体结构和化学成分常用到TEM(透射电子显微镜)样品，TEM样品6的第一步为直径3mm的薄圆柱(某些情况下需镶嵌)，可以表征金属的微观缺陷。
在加速器辐照实验中，经常用到辐照注量变化，测量不同辐照剂量损伤的样品性能变化情况。图4是辐照角度变化示意图。分为了粒子辐照入射方向垂直于辐照角度样品表面7；辐射辐照角度样品的入射角30°8；辐照角度辐射样品的入射角度60°9。
不同入射角度对辐照角度样品表面造成不同表面形貌，入射角度也是经常需要改变的实验参数，见图4。这么多的辐照角度样品需求很难在标准样品托上实现，这么多辐照角度样品的辐照损伤验需要分批次多轮次实验，辐照周期长，手续复杂，成本高昂。
如图1-5所示，本发明提供的一种多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托，包括样品底座3，所述样品底座3上依次设有呈田字形分布的力学拉伸模块、力学压缩及TEM模块、辐照注量模块和辐照角度模块。
所述力学拉伸模块包括力学拉伸底板10和设置在力学拉伸底板10上的力学拉伸组件，所述力学拉伸底板10上开设有第一螺纹孔12，所述力学拉伸模块通过力学拉伸底板10上的第一螺纹孔12固定连接在样品底座3上。
所述力学拉伸组件包括平行设置在力学拉伸底板10上的两块力学拉伸固定板11，且两块力学拉伸固定板11之间形成容纳拉伸样品的放置腔，靠近外侧的力学拉伸固定板11上开设有用于固定力学拉伸样品4用的力学拉伸螺纹孔13。
所述力学压缩及TEM模块包括力学压缩及TEM底板16和设置在力学压缩及TEM底板16上的力学压缩及TEM组件，所述力学压缩及TEM底板16上开设有第二螺纹孔14，所述力学压缩及TEM模块通过力学压缩及TEM底板16上的第二螺纹孔14固定连接在样品底座3上。
所述力学压缩及TEM组件包括力学压缩及TEM固定块17，所述力学压缩及TEM固定块17上开设有若干等间距设置的样品放置孔15。
所述辐照注量模块包括辐照注量底板20和设置在辐照注量底板20上的辐照注量组件，所述辐照注量底板20上开设有第三螺纹孔18，所述辐照注量模块通过辐照注量底板20上的第三螺纹孔18固定连接在样品底座3上。
所述辐照注量组件包括辐照注量固定围框21，辐照注量固定围框21的侧壁上开设有若干固定辐照注量样品用的辐照注量螺纹孔19。
所述辐照角度模块包括辐照角度底板27和设置在辐照角度底板27上的辐照角度组件，所述辐照角度底板27上开设有第四螺纹孔22，所述辐照角度模块通过辐照角度底板27上的第四螺纹孔22固定连接在样品底座3上。
所述辐照角度组件包括平行设置在辐照角度底板27上的两块辐照角度固定板23，两块辐照角度固定板23上开设有用于固定辐照角度样品用的辐照角度螺纹孔25，在两块辐照角度固定板23之间平行于辐照角度固定板23设有支撑杆24，所述支撑杆24在面向辐照角度固定板23的两侧开设有向内弯曲的凹槽26。
为了配合粒子加速器的使用，由于加速器接口条件限制，本发明的样品托应共用样品底座3，其横截面为圆形，所以在本发明的实施例中，力学拉伸底板10、力学压缩及TEM底板16、辐照注量底板20和辐照角度底板27的横截面均为圆心角为90°的扇形，且组成一个与样品底座3的圆形大小相应的圆形。
本发明通过下列手段实现：本发明对常规样品托重新设计，将常规的力学实验样品，TEM样品6，辐照注量样品，辐照条件变化的辐照角度样品有机结合起来，一次性可以得到大量辐照样品数据，避免了同样参数调节设置加速器束流状态不稳定造成的材料辐照损伤差异，结果一致性更高。
1、力学拉伸模块设计，根据所需要的力学拉伸样品4尺寸设计力学拉伸模块固定力学拉伸样品4方式，采用侧向螺钉顶入结构，利用压力和摩擦力使得力学拉伸样品4固定于两块力学拉伸固定板11之间的放置腔中。根据空间条件限制，本实施例的力学拉伸模块可以容纳3个力学拉伸样品4，如图5所示。
2、力学压缩及TEM模块设计，该力学压缩及TEM模块将TEM样品6置于力学压缩及TEM模块内的样品放置孔15中，由于力学压缩及TEM模块高度高于压缩样品5和TEM样品6的高度，利用配合关系，可以保持压缩样品5和TEM样品6辐照时不会脱落，如图6所示。
3、辐照注量模块设计，辐照注量模块和传统标准样品托类似，改变了固定方式和辐照注量样品尺寸，更加充分利用空间，如图7所示。
4、辐照角度模块设计，利用辐照角度模块中间竖直放置的弯曲内表面的支撑杆24，可实现不同角度的辐照角度样品放置固定，由于辐照粒子入射角度固定，辐照角度样品倾斜相当于辐照入射角度变化，辐照角度样品另一侧和其他模块类似，用螺钉侧面固定，如图8所示。
5、样品底座3上设有分别与第一螺纹孔12、第二螺纹孔14、第三螺纹孔18和第四螺纹孔22相对应的第五螺纹孔2，上面四个模块通过第一螺纹孔12、第二螺纹孔14、第三螺纹孔18和第四螺纹孔22与第五螺纹孔2的配合集成组装在样品底座3。由于加速器接口条件限制，本发明的样品托应共用样品底座3。(如图9所示，图中未完全装满样品)
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 (1)
1.一种多功能模块化粒子加速器材料辐照样品托，包括样品底座(3)，其特征在于：所述样品底座(3)上依次设有呈田字形分布的力学拉伸模块、力学压缩及TEM模块、辐照注量模块和辐照角度模块；所述力学拉伸模块包括力学拉伸底板(10)和设置在力学拉伸底板(10)上的力学拉伸组件，所述力学拉伸底板(10)上开设有第一螺纹孔(12)，所述力学拉伸模块通过力学拉伸底板(10)上的第一螺纹孔(12)固定连接在样品底座(3)上；所述力学拉伸组件包括平行设置在力学拉伸底板(10)上的两块力学拉伸固定板(11)，且两块力学拉伸固定板(11)之间形成容纳拉伸样品的放置腔，靠近外侧的力学拉伸固定板(11)上开设有用于固定拉伸样品用的力学拉伸螺纹孔(13)；所述力学压缩及TEM模块包括力学压缩及TEM底板(16)和设置在力学压缩及TEM底板(16)上的力学压缩及TEM组件，所述力学压缩及TEM底板(16)上开设有第二螺纹孔(14)，所述力学压缩及TEM模块通过力学压缩及TEM底板(16)上的第二螺纹孔(14)固定连接在样品底座(3)上；所述力学压缩及TEM组件包括力学压缩及TEM固定块(17)，所述力学压缩及TEM固定块(17)上开设有若干等间距设置的样品放置孔(15)；所述辐照注量模块包括辐照注量底板(20)和设置在辐照注量底板(20)上的辐照注量组件，所述辐照注量底板(20)上开设有第三螺纹孔(18)，所述辐照注量模块通过辐照注量底板(20)上的第三螺纹孔(18)固定连接在样品底座(3)上；所述辐照注量组件包括辐照注量固定围框(21)，辐照注量固定围框(21)的侧壁上开设有若干固定辐照注量样品用的辐照注量螺纹孔(19)；所述辐照角度模块包括辐照角度底板(27)和设置在辐照角度底板(27)上的辐照角度组件，所述辐照角度底板(27)上开设有第四螺纹孔(22)，所述辐照角度模块通过辐照角度底板(27)上的第四螺纹孔(22)固定连接在样品底座(3)上；所述辐照角度组件包括平行设置在辐照角度底板(27)上的两块辐照角度固定板(23)，两块辐照角度固定板(23)上开设有用于固定辐照角度样品用的辐照角度螺纹孔(25)，在两块辐照角度固定板(23)之间平行于辐照角度固定板(23)设有支撑杆(24)，所述支撑杆(24)在面向辐照角度固定板(23)的两侧开设有向内弯曲的凹槽(26)。
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