CN110831313A - 一种粒子加速器负氢束流分束装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粒子加速器负氢束流分束装置，按照束流流向从左到右包括旋转交替电子剥离器、分束磁铁、核外电子剥离器；在分束磁铁内部固装有分束真空室，所述旋转交替电子剥离器用于负氢束流通过旋转交替电子剥离器后，变成负氢质子组合束流；所述分束磁铁用于将旋转交替电子剥离器剥离后的负氢质子组合束流分为偏转半径相同但偏转方向相反的负氢束流和质子束流、该负氢束流和质子束流分别穿过负氢束流管道和质子束流管道；所述核外电子剥离器用于将负氢束流管道引出的负氢束流变成质子束流；所述粒子加速器负氢束流分束装置最终实现将粒子加速器加速后引出的负氢束流一分为二且转换为两路质子束流，使得加速器利用效率大大提高甚至翻倍。
Description
技术领域
本发明属于粒子加速器技术领域，尤其涉及一种粒子加速器束流分束装置。
背景技术
粒子加速器广泛应用于核物理、核工程、核化学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其它食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等领域。
目前科研生产对粒子加速器质子束流的需求越来越大，然而建造加速器及配套设施的费用很高，且加速器运行成本高，设备的运行与维修对操作人员的技术要求高，拥有加速器的单位经常无法满足大量的科研生产需求。由于科研生产任务需求及加速器靶的功率承受能力限制，很多科研生产任务要求质子束流强度较弱甚至很低，比如一台供束流能力300微安的加速器，由于打靶需求限制，经常运行在束流几微安至几十微安，对加速器提供束流能力是很大的浪费。如果有一个设备能使加速器引出的束流一分为二，同时给两个不同的靶提供质子束流，可使加速器利用效率大大提高甚至翻倍。目前国内还没有将粒子加速器加速后引出的负氢束流一分为二以便同时给两个不同的靶提供质子束流的先例。为提高粒子加速器使用效率，因此亟待设计开发一种设备，将粒子加速器加速后的束流一分为二，以便同时给两个不同的靶提供质子束流。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种粒子加速器负氢束流分束装置，目的在于解决现有技术由于不能将一条束流分成两条质子束流以大幅提高粒子加速器使用效率的问题。
本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：
一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：按照束流流向从左到右包括旋转交替电子剥离器1、分束磁铁2、核外电子剥离器3；在分束磁铁2内部固装有分束真空室4，该分束真空室4的束流入口端位于分束磁铁2的左端、且连接负氢质子组合束流管道5；该分束真空室4的束流出口端位于分束磁铁2右端、且连接两个角度偏向相反的质子束流管道6和负氢束流管道7；所述旋转交替电子剥离器1用于负氢束流通过旋转交替电子剥离器后，变成负氢质子组合束流；所述分束磁铁2用于将旋转交替电子剥离器1剥离后的负氢质子组合束流分为偏转半径相同但偏转方向相反的负氢束流和质子束流、该负氢束流和质子束流分别穿过负氢束流管道7和质子束流管道6；所述核外电子剥离器3用于将负氢束流管道7引出的负氢束流变成质子束流；所述粒子加速器负氢束流分束装置最终实现将粒子加速器加速后引出的负氢束流一分为二且转换为两路质子束流，以便同时给两个不同的靶提供质子束流，使得加速器利用效率大大提高甚至翻倍。
所述旋转交替电子剥离器1内设有一个旋转交替剥离膜盘101，该旋转交替剥离膜盘101在其周向等角度、等间隔地在其所对应的半径中间区域挖空去除一部分，而剩下的非挖空部分被保留；该挖空去除部分径向的两边中心点连线通过该旋转交替剥离膜盘的圆心；该旋转交替剥离膜盘101运行时匀速旋转，其平面垂直于入射的负氢束流流向、且该旋转交替剥离膜盘的位置恰好使得负氢束流沿着垂直于膜盘盘面方向从等间隔挖空去除部分半径区域中间位置通过；当具有一定能量的负氢束流通过时，处于挖空部分的束流无改变地顺利通过，打在膜盘实体部分的负氢离子束流核外的2个电子被剥离掉，变成质子束流；故负氢束流通过旋转交替电子剥离器后，变成了负氢质子组合束流。
该所述旋转交替剥离膜盘剩下的非挖空部分面积与挖空去除部分面积的比例，与最终引出的质子束流A和质子束流B流强比例一致。通过改变该半径区域保留部分面积与挖空去除面积的比例，可改变最终引出的质子束流A和质子束流B流强的比例。
所述分束磁铁2包括上下对称的两件磁极201，上下两件磁极201优选为对称的扇形体；该分束磁铁束流入口处磁极的宽度小于束流出口处磁极的宽度，通入励磁电流后可在上下两个磁极间产生束流偏转所需磁场；所述负氢质子组合束流从分束磁铁2入口中间位置垂直进入分束磁铁磁场区域后，因为组合束流内的负氢束流和质子束流偏转半径相同但偏转方向相反，故负氢束流和质子束流往两个方向对称偏转，之后从两个方向对称引出磁场区域。
所述分束磁铁2和加速器束流线上常用的普通开关磁铁的机械主体相同，但二者实现的功能完全不同；开关磁铁的作用是将一条从入口进入的束流根据需要选择分配到某个指定的引出束流管道；开关磁铁的工作原理是靠改变其磁场的大小和方向，从而改变束流偏转轨道，将束流按几个指定的轨道偏转到其中一个引出束流管道内，即起到束流引出方向分配的开关切换作用；本发明所述分束磁铁只需要一个方向固定大小的磁场，故其供电电源极性也只需一个方向。
通过改变所述分束磁铁2励磁电流的大小，可改变上下磁极间的磁场强度，使得负氢束流和质子束流偏转半径同时发生改变，从而改变两条束流引出磁场区域后的方向，可实现在多组引出束流管道之间的切换，从而满足设置更多的打靶终端，此功能作为该粒子加速器负氢束流分束装置的扩展使用方式，此时需要分束真空室引出口数量对应增加。
所述粒子加速器负氢束流分束装置从磁场区域引出的负氢束流B，可进入另一台粒子加速器负氢束流分束装置，作为另一台粒子加速器负氢束流分束装置的入射束流，再将此束流分成两条束流，即多台负氢束流分束装置可串联使用作为该装置的扩展使用方式。
所述核外电子剥离器包括：剥离膜301，剥离膜旋转切换盘302；核外电子剥离器总体形状为圆盘状，该圆盘状核外电子剥离器边缘周向间隔装有若干个剥离膜，该圆盘状核外电子剥离器的平面垂直于所述负氢束流流向、且该圆盘状核外电子剥离器的剥离膜位置恰好使得负氢束流沿着垂直于圆盘盘面方向从剥离膜中间通过。
所述分束真空室4固装在分束磁铁2内、且位于其上下两个磁极之间，且该分束真空室的束流入口和出口的宽度与分束磁铁束流入口和出口的宽度相配合，且具备一定的位置调节功能以适应束流线和磁铁安装位置偏差。
所述负氢质子组合束流管道5横向左端间隔一定距离与旋转交替电子剥离器1相邻并与旋转交替电子剥离器对应真空室固接、横向右端与分束真空室4束流入口处固接；所述负氢质子组合束流管道5位于分束真空室4束流入口处、所述质子束流管道6和负氢束流管道7位于分束真空室4束流出口处；三条束流管道都有法兰与真空室连接，且连接处具有真空密封结构；所述负氢束流管道7右端间隔一定距离与核外电子剥离器1相邻并与核外电子剥离器3对应真空室固接；所述三条束流管道和分束真空室内均为真空环境，束流可从真空环境内顺利通过；该加速器负氢束流分束装置的旋转交替电子剥离器和核外电子剥离器也处于对应的真空室内，使用时均在真空环境内。
本发明的优点效果
1、本发明通过设置旋转交替电子剥离器，将负氢束流变为负氢质子组合束流；通过设置分束磁铁，将负氢质子组合束流分为负氢束流B和质子束流A；通过核外电子剥离器，将负氢束流B变为质子束流B，最后达到将一路负氢束流变为质子束流A、质子束流B，使加速器使用效率翻倍。
2、本发明通过采用将束流分束装置串联使用的扩展方法，能够将一条负氢束流变为多条负氢束流，随着串联级数的增加，可以进一步减小束流流强，从而满足不同用户对于弱流强质子束流的需求。
3、本发明通过采用旋转交替剥离膜盘比例划分的扩展方法，可以满足两种不同产品对于质子流强的需求，将剥离膜盘非挖空部分面积与挖空去除部分面积的比例按照两种产品对于束流流强的比例需求进行设定，从而满足不同产品对于束流的需求。
4、本发明通过采用分束磁铁磁场强度不同的扩展方法，可以将分束磁铁的两路输出变为四路输出、八路输出、甚至更多，只要改变分束磁铁的励磁电流大小，从而改变磁场场强，就可以改变扩展束流的方向，从而宏观上实现更多组(每组两个)终端交替使用束流的效果，有效节省了换靶前和换靶后的准备时间，提高了工作效率。
附图说明
图1本发明的负氢束流分束装置原理及过程示意图；
图2本发明的负氢束流分束装置结构示意图；
图3本发明的负氢束流分束装置结构及布局示意图；
图4本发明的负氢束流分束装置中的旋转交替电子剥离器结构示意图；
图5本发明的负氢束流分束装置中的旋转交替电子剥离器部分结构示意图A；
图6本发明的负氢束流分束装置中的旋转交替电子剥离器部分结构示意图B；
图7本发明的负氢束流分束装置中的分束磁铁结构示意图；
图8本发明的负氢束流分束装置中的分束真空室示意图；
图9本发明的负氢束流分束装置中的旋转交替剥离膜盘示意图；
图10本发明的负氢束流分束装置中的磁极示意图；
图11本发明的负氢束流分束装置中的核外电子剥离器示意图；
图中：1：旋转交替电子剥离器；101：旋转交替剥离膜盘；102：旋转齿轮；103：膜盘压环；104：大支撑架；105：轴承A；106：锁紧环A；107：轴承A压环；108：安装基础板；109：螺钉A；110：螺钉B；111：螺钉C；112：螺钉D；113：模拟束流；121：驱动齿轮；122：轴承B；123：小支撑架；124：轴承B压环；125：锁紧环B；126：锁紧螺母；127：联轴器；128：螺钉E；129：螺钉F；2：分束磁铁；201.磁极；3：核外电子剥离器；301.剥离膜；302.剥离膜旋转切换盘；4：分束真空室；5：负氢质子组合束流管道；6：质子束流管道；7：负氢束流管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
本发明设计原理
1、本发明最终目的：提高加速器使用效率。解决现在一台加速器一次只能打一个靶、这样大家一直在排队、致使加速器使用效率很低的问题。如果想满足更多用户要求则需要加速器供束一次同时打多个靶。例如加速器提供100微安的束流，而很多实验例如天体物理实验要求很弱的束流，只需要100微安中的10-20微安的束流，针对这种需求，如果加速器开起来一次能够打多个靶，效率就能提高很多，满足更多用户需求，因此，本发明实用性是很强的。
2、本发明实现加速器一次打多个靶的原理：第一步，将单一类别的负氢束流变成组合束流；第二步，将组合束流变成独立分开的不同类别的束流；第三步，将独立分开的不同类别的束流变成独立分开的相同类别的束流。所述第三步独立分开的相同类别的束流即是质子束流。这样就实现了将加速器单一类别的负氢束流变成两条独立分开的质子束流，从而将一次只能打一个靶变成一次能够打两个靶，减少大家排队时间。同时，将一路负氢束流分成两路质子束流后，从流强100微安变成50微安，满足了弱流强用户的需求。
所述步骤一的设计原理：加速器引出的负氢束流打在附图5的101后，一部分顺利通过、一部分被阻挡剥离；顺利通过的部分即是穿过101缝隙的部分，这部分束流仍然为负氢束流，被阻挡剥离的部分即是被101剥离膜盘挡住的部分，这部分负氢束流核外电子被剥离掉而变成了质子。由此，当加速器引出的负氢束流打在101剥离膜盘以后就变成了组合束流，组合束流包括负氢束流和质子束流。
所述步骤二的设计原理：负氢束流变成组合束流后，组合束流马上进入磁场区，磁场区即分束磁铁，因为负氢束流和质子束流质量相等、速度相等、但电荷极性相反，所以在磁场区向对称的两个方向偏转，引出磁场区后走直线变成质子束流A和负氢束流B。
所述步骤三的设计原理：负氢束流B再经过核外电子剥离器变成质子束流。到此为止负氢束流就分割成了两路质子束流，质子束流可以直接应用。
3、旋转交替电子剥离器的设计原理：旋转交替电子剥离器是本发明第一个创新点，采用这种方式将单一束流变成组合束流目前全世界还未出现。由于剥离膜是旋转的，但束流位置不变，同时剥离膜又是等间距一部分被挖空的，因此，使得负氢束流经过剥离膜后变为负氢质子组合束流，该组合束流中的负氢束流和质子束流的粒子质量相等、速度相同、电荷极性相反，所以才能在磁场区向对称的两个方向偏转。
4、分束磁场的设计原理。分束磁场是本发明第二个创新点。分束磁场把一条束流(组合束流)变成两条束流，这个方法目前在世界上还未出现。分束磁场的机械结构与普通开关磁铁机械结构完全相同，但是使用方式完全不同、是一个全新的使用方式。开关磁铁是单进单出、单出的方向不同且每次单出时间不同，本发明是单进双出，且双出时间是相同的、同时输出两路束流。
5、加速器束流分束装置扩展使用原理：如图3所示，右上角引出的负氢束流B如果不经过核外电子剥离器，而是进入下一台负氢束流分束装置，负氢束流B就可以作为下一个负氢束流分束装置的入射束流，就可以把负氢束流B又分成两条束流，这样将两级分束装置串联使用就可以把负氢束流A分成三条质子束流：如果按照1:1均分负氢束流和质子束流的话，第一条假设50微安，第二条为25微安，第三条为25微安。
6、旋转交替剥离膜盘101的扩展使用原理：本实施例图4的剥离膜盘的挖空部分和保留部分是1:1的比例，这就意味着束流过来两个束流是均分的，例如100微安均分成两个50微安，但是不同产品的束流需求比例可能不同，一个需要60微安、一个需要40微安，此时就可以通过101缝隙的不同比例来满足60微安的需求和40微安的需求，此时，剥离膜盘101保留的部分的比例和挖空部分的比例应该满足3:2的需求。
7、分束磁铁的扩展应用原理：如果改变分束磁场大小，可以改变两条束流在磁场区的偏转半径，这样两条束流引出的位置和方向就变了。例如，如果把当前磁场减小，当前两条束流引出位置和方向就会变为对称地靠中间，这样腾出了空间还可以在两条束流的外侧分别再引出1条束流，由一组引出位置变为两组引出位置。实际操作中，如果是扩展应用，扩展前被引出的束流和扩展后被引出的束流是分时操作的：当第一组被引出时，第二组提前做打靶前准备，例如第一组打靶后减小分束磁铁的励磁电流，由于针对第二组打靶的励磁电流小、偏转半径就小，因此第二组束流就会和第一组束流的轨道分开，由此证明，通过改变分束磁铁磁场大小，可以将2条束流轨道变为4条束流轨道，此为分束磁铁的扩展应用。实际应用中，打靶前的准备和打靶后的处理是很耗时间的，采用本发明方法，每次改变打靶方向不需要再做打靶前后的准备与处理工作，而只是改变分束磁铁的励磁电流大小即可实现。由此满足多个终端用户在短时间内使用束流的需求。
基于以上原理，本发明设计了一种粒子加速器负氢束流分束装置；
一种粒子加速器负氢束流分束装置如图3所示，按照束流流向从左到右包括旋转交替电子剥离器1、分束磁铁2、核外电子剥离器3；在分束磁铁2内部固装有分束真空室4，该分束真空室4的束流入口端位于分束磁铁2的左端、且连接负氢质子组合束流管道5；该分束真空室4的束流出口端位于分束磁铁2右端、且连接两个角度偏向相反的质子束流管道6和负氢束流管道7；
如图3、图1所示，所述旋转交替电子剥离器1用于负氢束流通过旋转交替电子剥离器后，变成图1的负氢质子组合束流；所述分束磁铁2用于将旋转交替电子剥离器1剥离后的负氢质子组合束流分为偏转半径相同但偏转方向相反的负氢束流和质子束流、该负氢束流和质子束流分别穿过负氢束流管道7和质子束流管道6；所述核外电子剥离器3用于将负氢束流管道7引出的负氢束流B变成质子束流B；所述粒子加速器负氢束流分束装置最终实现将粒子加速器加速后引出的负氢束流一分为二且转换为两路质子束流，以便同时给两个不同的靶提供质子束流，使得加速器利用效率大大提高甚至翻倍。
如图4、图5所示，所述旋转交替电子剥离器1内设有一个旋转交替剥离膜盘101，该旋转交替剥离膜盘101在其周向等角度、等间隔地在其所对应的半径中间区域挖空去除一部分，而剩下的非挖空部分被保留；该挖空去除部分径向的两边中心点连线通过该旋转交替剥离膜盘的圆心；该旋转交替剥离膜盘101运行时匀速旋转，其平面垂直于入射的负氢束流流向、且该旋转交替剥离膜盘的位置恰好使得负氢束流沿着垂直于膜盘盘面方向从等间隔挖空去除部分半径区域中间位置通过；当具有一定能量的负氢束流通过时，处于挖空部分的束流无改变地顺利通过，打在膜盘实体部分的负氢离子束流核外的2个电子被剥离掉，变成质子束流；故负氢束流通过旋转交替电子剥离器1后，变成了负氢质子组合束流。
补充说明：
关于旋转交替电子剥离器，补充3点：
1、如图5-6所示，旋转交替电子剥离器主要包括：101.旋转交替剥离膜盘，102.旋转齿轮，103.膜盘压环，104.大支撑架，105.轴承A，106.锁紧环A，107.轴承A压环，108.安装基础板，109.螺钉A，110.螺钉B，111.螺钉C，112.螺钉D，113.模拟束流，121.驱动齿轮，122.轴承B，123.小支撑架，124.轴承B压环，125.锁紧环B，126.锁紧螺母，127.联轴器，128.螺钉E，129.螺钉F；所述旋转交替电子剥离器运行时，处于真空环境内，内装有旋转交替剥离膜盘，旋转交替剥离膜盘一般采用碳膜或很薄的石墨片制作。
2、所述旋转交替电子剥离器的旋转交替剥离膜盘，一面与旋转齿轮的端面贴合，另一面与膜盘压环贴合，三者位置同心，并通过螺钉D将旋转交替剥离膜盘固压在旋转齿轮与膜盘压环之间。旋转齿轮插入轴承A内孔内并紧密配合，通过2件锁紧环A锁紧固定旋转齿轮与轴承A轴向相对位置。旋转齿轮转动时，旋转交替剥离膜盘、膜盘压环、轴承A的内圈和锁紧环A可随之一起转动。轴承A外圈插入大支撑架内孔并紧密配合，通过螺钉A和轴承A压环将轴承A外圈压紧固定。通过螺钉B将大支撑架固定在安装基础板上。
3、所述旋转交替电子剥离器的驱动齿轮，恰好与旋转齿轮的轮齿啮合，驱动齿轮转动可带动旋转齿轮随之旋转。驱动齿轮中间轴插入轴承B内孔并紧密配合，通过锁紧环B和锁紧螺母将驱动齿轮与轴承B内圈锁紧并实现轴向相对位置固定。轴承B外圈插入小支撑架内孔并紧密配合，通过螺钉E与轴承B压环将轴承B外圈压紧固定在小支撑架内。联轴器通过左端孔固装在驱动齿轮轴右端，联轴器右端孔用于连接驱动机构的驱动轴，驱动机构本专利中未示出。通过螺钉F将小支撑架固定在安装基础板上。
如图4、图5所示，该所述旋转交替剥离膜盘剩下的非挖空部分面积与挖空去除部分面积的比例，与最终引出的质子束流A和质子束流B流强比例一致。通过改变该半径区域保留部分面积与挖空去除面积的比例，可改变最终引出的质子束流A和质子束流B流强的比例。
如图7、图10所示，所述分束磁铁2包括上下对称的两件磁极201，上下两件磁极201优选为对称的扇形体；该分束磁铁束流入口处磁极的宽度小于束流出口处磁极的宽度，通入励磁电流后可在上下两个磁极间产生束流偏转所需磁场；如图1、图3所示，所述负氢质子组合束流从分束磁铁2入口中间位置垂直进入分束磁铁磁场区域后，因为组合束流内的负氢束流和质子束流偏转半径相同但偏转方向相反，故负氢束流和质子束流往两个方向对称偏转，之后从两个方向对称引出磁场区域。
补充说明
该扇形体磁极三面为直线组成的平面、一面为上下两条弧线和左右两条直线组成的弧面；所述分束磁铁上下对称的两件磁极，它们两侧为直边平面，束流入口端为直边平面，束流出口端为圆弧面或多段折线组成的近似弧面，束流入口处磁极的宽度小于束流出口处磁极的宽度。
所述分束磁铁2和加速器束流线上常用的普通开关磁铁的机械主体相同，但二者实现的功能完全不同；开关磁铁的作用是将一条从入口进入的束流根据需要选择分配到某个指定的引出束流管道；开关磁铁的工作原理是靠改变其磁场的大小和方向，从而改变束流偏转轨道，将束流按几个指定的轨道偏转到其中一个引出束流管道内，即起到束流引出方向分配的开关切换作用；本发明所述分束磁铁只需要一个方向固定大小的磁场，故其供电电源极性也只需一个方向。
通过改变所述分束磁铁2励磁电流的大小，可改变上下磁极间的磁场强度，使得负氢束流和质子束流偏转半径同时发生改变，从而改变两条束流引出磁场区域后的方向，可实现在多组引出束流管道之间的切换，从而满足设置更多的打靶终端，此功能作为该粒子加速器负氢束流分束装置的扩展使用方式，此时需要分束真空室引出口数量对应增加。
所述粒子加速器负氢束流分束装置从磁场区域引出的负氢束流B，可进入另一台粒子加速器负氢束流分束装置，作为另一台粒子加速器负氢束流分束装置的入射束流，再将此束流分成两条束流，即多台负氢束流分束装置可串联使用作为该装置的扩展使用方式。
所述核外电子剥离器如图11所示，包括：剥离膜301，剥离膜旋转切换盘302；核外电子剥离器总体形状为圆盘状，该圆盘状核外电子剥离器边缘周向间隔装有若干个剥离膜，该圆盘状核外电子剥离器的平面垂直于所述负氢束流流向、且该圆盘状核外电子剥离器的剥离膜位置恰好使得负氢束流沿着垂直于圆盘盘面方向从剥离膜中间通过。
补充说明：
核外电子剥离器经常在粒子加速器上用到，用于将加速到一定能量的离子束流的核外电子(比如负氢离子核外的2个电子)剥离掉，我们这里专指将粒子加速器加速后具有一定能量的负氢离子核外的2个电子剥离掉，使之变成质子，即H-变成H+。所述核外电子剥离器总体形状为圆盘状，该圆盘状核外电子剥离器边缘周向间隔装有若干个剥离膜(一般采用碳膜)，该圆盘状核外电子剥离器的平面垂直于所述负氢束流B流向、且该圆盘状核外电子剥离器的剥离膜位置恰好使得负氢束流B沿着垂直于圆盘盘面方向从剥离膜中间通过。剥离膜具有一定使用寿命，为方便设备运行，将多个剥离膜安装到剥离膜旋转切换盘上，方便剥离膜损坏后的方便快捷切换。也可先将剥离膜粘贴到剥离膜叉架上，再将剥离膜叉架安装到剥离膜旋转切换盘上，以方便剥离膜的更换。剥离膜旋转切换盘及剥离膜叉架一般采用铝合金材料制作。剥离膜旋转切换盘整体位于一个与之对应的真空室内，可在真空室外采用步进电机等驱动方式驱动其旋转，实现不同角度位置剥离膜的切换，旋转驱动可采用磁力耦合、磁流体密封或橡胶圈密封等方式将旋转运动传递到到真空室内，对应的真空室和驱动与支撑机构本专利中未示出。
所述分束真空室4如图2-3、图8所示，固装在分束磁铁2内、且位于其上下两件磁极201之间，且该分束真空室4的束流入口和出口的宽度与分束磁铁束流入口和出口的宽度相配合，且具备一定的位置调节功能以适应束流线和磁铁安装位置偏差。
如图3所示，所述负氢质子组合束流管道5横向左端间隔一定距离与旋转交替电子剥离器1相邻并与旋转交替电子剥离器对应真空室固接、横向右端与分束真空室4束流入口处固接；所述负氢质子组合束流管道5位于分束真空室4束流入口处、所述质子束流管道6和负氢束流管道7位于分束真空室4束流出口处；三条束流管道都有法兰与真空室连接，且连接处具有真空密封结构；所述负氢束流管道7右端间隔一定距离与核外电子剥离器1相邻并与核外电子剥离器3对应真空室固接；所述三条束流管道和分束真空室内均为真空环境，束流可从真空环境内顺利通过；该加速器负氢束流分束装置的旋转交替电子剥离器和核外电子剥离器也处于对应的真空室内，使用时均在真空环境内。
实施例一
采用本发明的粒子加速器负氢束流分束装置(如图1、2、3所示)，可将粒子加速器加速后引出的负氢束流一分为二，分成两条质子束流，以便同时给两个不同的靶提供质子束流。其功能实现主要过程如下：
(一)如图1、2、3、4所示，经粒子加速器加速后引出的具有一定能量的1条负氢束流A，从垂直于旋转交替剥离膜盘101的方向，在旋转交替剥离膜盘101间隔去除半径区域中间位置(如图4中模拟束流113位置)通过旋转交替剥离膜盘101，此时旋转交替剥离膜盘101处于匀速转动状态。负氢束流A中的一部分穿过旋转交替剥离膜盘101的去除挖空区域，负氢束流不变；负氢束流A中的另一部分打在旋转交替剥离膜盘101没有去除区域，负氢离子核外的2个电子被剥离掉，负氢离子变成质子，负氢束流变成质子束流。故负氢束流通过旋转交替电子剥离器后，变成了负氢质子组合束流。
(二)如图1、3所示，负氢质子组合束流从分束磁铁2入口中间位置垂直进入分束磁铁2的磁场区域后，因为组合束流内的负氢束流和质子束流偏转半径相同但偏转方向相反，故负氢束流B和质子束流A往左右两个方向对称偏转，之后分别进入负氢束流管道7和质子束流管道6。
(三)如图1、3、11所示，从分束磁铁2出来的质子束流A可直接用于打靶，而负氢束流B则垂直通过核外电子剥离器3的剥离膜301。负氢束流B垂直通过剥离膜301后，负氢离子核外的2个电子被剥离掉，负氢离子变成质子，负氢束流B变成质子束流B。质子束流B可直接用于打靶。这样就实现了1条负氢束流A进入本发明分束装置，从分束装置出来后变成了2条质子束流(质子束流可直接用于打靶)，即图1中质子束流A和质子束流B，完成了分束功能。
(四)如图2、4、5、6所示，旋转交替电子剥离器1的驱动齿轮121，恰好与旋转齿轮102的轮齿啮合，驱动齿轮121转动可带动旋转齿轮102随之旋转，从而实现旋转交替剥离膜盘101的匀速旋转。驱动齿轮121的转动靠联轴器127之前的驱动机构带动，驱动机构部分本专利未示出。
(五)如图2、3、8所示，束流通过的所有路径，均为适合束流通过的真空环境，包括分束真空室4、负氢质子组合束流管道5、质子束流管道6和负氢束流管道7的内部，以及专利中未示出的旋转交替电子剥离器1和核外电子剥离器3所处的真空室内部。实际使用时，在束流管道和真空室适当位置装有真空泵，维持上述空间内的真空环境。
补充说明：
相对于质子，电子的质量很小，此处可忽略不计，按照质子与负氢离子质量相同考虑。
旋转交替剥离膜盘和核外电子剥离器内的碳剥离膜对加速器加速后具有较高能量的负氢离子核外两个电子剥离效率极高，接近100％。具有较高能量的负氢束流垂直通过旋转交替剥离膜盘和核外电子剥离器内的剥离膜时，对束流能量的损失极小，可忽略不计。
通过改变所述分束磁铁励磁电流的大小，可改变上下磁极间的磁场强度，使得负氢束流和质子束流偏转半径同时发生改变，从而改变两条束流引出磁场区域后的位置和方向，可实现在多组引出束流管道之间的切换，从而满足设置更多的打靶终端，此功能作为该粒子加速器负氢束流分束装置的扩展使用方式，此时需要分束真空室引出口数量对应增加。
所述粒子加速器负氢束流分束装置从磁场区域引出的负氢束流B，可进入另一台粒子加速器负氢束流分束装置，作为另一台粒子加速器负氢束流分束装置的入射束流，再将此束流分成两条束流，即多台负氢束流分束装置可串联使用作为该装置的扩展使用方式。
所述旋转交替剥离膜盘在一定半径区域位置角度上等间隔地挖空去除，挖空去除部分两侧边通过该件圆心，加速器束流恰好通过该半径区域中间部分。该半径区域保留部分面积与挖空去除部分面积的比例，与最终引出的质子束流A和质子束流B流强比例一致。通过改变该半径区域保留部分面积与挖空去除面积的比例，可改变最终引出的质子束流A和质子束流B流强的比例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：按照束流流向从左到右包括旋转交替电子剥离器、分束磁铁、核外电子剥离器；在分束磁铁内部固装有分束真空室，该分束真空室的束流入口端位于分束磁铁的左端、且连接负氢质子组合束流管道；该分束真空室的束流出口端位于分束磁铁右端、且连接两个角度偏向相反的质子束流管道和负氢束流管道；所述旋转交替电子剥离器用于负氢束流通过旋转交替电子剥离器后，变成负氢质子组合束流；所述分束磁铁用于将旋转交替电子剥离器剥离后的负氢质子组合束流分为偏转半径相同但偏转方向相反的负氢束流和质子束流、该负氢束流和质子束流分别穿过负氢束流管道和质子束流管道；所述核外电子剥离器用于将负氢束流管道引出的负氢束流变成质子束流；所述粒子加速器负氢束流分束装置最终实现将粒子加速器加速后引出的负氢束流一分为二且转换为两路质子束流，以便同时给两个不同的靶提供质子束流，使得加速器利用效率大大提高甚至翻倍。
2.如权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：所述旋转交替电子剥离器1内设有一个旋转交替剥离膜盘，该旋转交替剥离膜盘在其周向等角度、等间隔地在其所对应的半径中间区域挖空去除一部分，而剩下的非挖空部分被保留；该挖空去除部分径向的两边中心点连线通过该旋转交替剥离膜盘的圆心；该旋转交替剥离膜盘运行时匀速旋转，其平面垂直于入射的负氢束流流向、且该旋转交替剥离膜盘的位置恰好使得负氢束流沿着垂直于膜盘盘面方向从等间隔挖空去除部分半径区域中间位置通过；当具有一定能量的负氢束流通过时，处于挖空部分的束流无改变地顺利通过，打在膜盘实体部分的负氢离子束流核外的个电子被剥离掉，变成质子束流；故负氢束流通过旋转交替电子剥离器后，变成了负氢质子组合束流。
3.如权利要求2所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：该所述旋转交替剥离膜盘剩下的非挖空部分面积与挖空去除部分面积的比例，与最终引出的质子束流A和质子束流B流强比例一致；通过改变该半径区域保留部分面积与挖空去除面积的比例，可改变最终引出的质子束流A和质子束流B流强的比例。
4.根据权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：所述分束磁铁包括上下对称的两件磁极，上下两件磁极优选为对称的扇形体；该分束磁铁束流入口处磁极的宽度小于束流出口处磁极的宽度，通入励磁电流后可在上下两个磁极间产生束流偏转所需磁场；所述负氢质子组合束流从分束磁铁入口中间位置垂直进入分束磁铁磁场区域后，因为组合束流内的负氢束流和质子束流偏转半径相同但偏转方向相反，故负氢束流和质子束流往两个方向对称偏转，之后从两个方向对称引出磁场区域。
5.根据权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：所述分束磁铁和加速器束流线上常用的普通开关磁铁的机械主体相同，但二者实现的功能完全不同；开关磁铁的作用是将一条从入口进入的束流根据需要选择分配到某个指定的引出束流管道；开关磁铁的工作原理是靠改变其磁场的大小和方向，从而改变束流偏转轨道，将束流按几个指定的轨道偏转到其中一个引出束流管道内，即起到束流引出方向分配的开关切换作用；所述分束磁铁只需要一个方向固定大小的磁场，故其供电电源极性也只需一个方向。
6.根据权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：通过改变所述分束磁铁励磁电流的大小，可改变上下磁极间的磁场强度，使得负氢束流和质子束流偏转半径同时发生改变，从而改变两条束流引出磁场区域后的方向，可实现在多组引出束流管道之间的切换，从而满足设置更多的打靶终端，此功能作为该粒子加速器负氢束流分束装置的扩展使用方式，此时需要分束真空室引出口数量对应增加。
7.根据权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：所述粒子加速器负氢束流分束装置从磁场区域引出的负氢束流，可进入另一台粒子加速器负氢束流分束装置，作为另一台粒子加速器负氢束流分束装置的入射束流，再将此束流分成两条束流，即多台负氢束流分束装置可串联使用作为该装置的扩展使用方式。
8.根据权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：所述核外电子剥离器包括：剥离膜，剥离膜旋转切换盘；核外电子剥离器总体形状为圆盘状，该圆盘状核外电子剥离器边缘周向间隔装有若干个剥离膜，该圆盘状核外电子剥离器的平面垂直于所述负氢束流流向、且该圆盘状核外电子剥离器的剥离膜位置恰好使得负氢束流沿着垂直于圆盘盘面方向从剥离膜中间通过。
9.根据权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：所述分束真空室固装在分束磁铁内、且位于其上下两个磁极之间，且该分束真空室的束流入口和出口的宽度与分束磁铁束流入口和出口的宽度相配合，且具备一定的位置调节功能以适应束流线和磁铁安装位置偏差。
10.根据权利要求1所述一种粒子加速器负氢束流分束装置，其特征在于：所述负氢质子组合束流管道横向左端间隔一定距离与旋转交替电子剥离器相邻并与旋转交替电子剥离器对应真空室固接、横向右端与分束真空室束流入口处固接；所述负氢质子组合束流管道位于分束真空室束流入口处、所述质子束流管道和负氢束流管道位于分束真空室束流出口处；三条束流管道都有法兰与真空室连接，且连接处具有真空密封结构；所述负氢束流管道右端间隔一定距离与核外电子剥离器相邻并与核外电子剥离器对应真空室固接；所述三条束流管道和分束真空室内均为真空环境，束流可从真空环境内顺利通过；该加速器负氢束流分束装置的旋转交替电子剥离器和核外电子剥离器也处于对应的真空室内，使用时均在真空环境内。
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