CN111511091B - 一种加速器实验室用固体中性化靶室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速器实验室用固体中性化靶室，该靶室不仅提供了一定量剥离膜片库存，并且大大降低了装置的复杂度和束流方向的体积。该靶室包括剥离室腔体、上游束流管道接口、下游束流管道接口、剥离膜片装卸窗口、可旋转膜片库存机构以及膜片切换机构；上游束流管道接口、下游束流管道接口对称设置在剥离室腔体上；可旋转膜片库存机构安装于剥离室腔体内部，可旋转膜片库存机构上沿圆周方向均匀设置有多个膜片；剥离膜片装卸窗口设置在剥离室腔体上；膜片切换机构包括动力源以及直角锥齿轮传动机构；动力源将旋转动力传递给直角锥齿轮传动机构，直角锥齿轮传动机构将驱动可旋转膜片库存机构旋转，从而实现剥离膜片的位置切换。

Description

一种加速器实验室用固体中性化靶室

技术领域

本发明涉及一种中性化靶室，具体涉及一种加速器实验室用固体中性化靶室。

背景技术

加速器装置上，负离子核外电子的剥离往往需要粒子与膜片(膜片的材质为金属或非金属)相互作用，从而实现核外电子的全剥离。但是对于采用固体剥离技术进行中性粒子束的制备，目前尚没有相关应用基础及技术指导。

固体剥离介质质量密度相对较高，因此在参数设计时，为实现最大中性化效率，膜片参数的选择尤为重要。由于固体膜片质量密度较大，所以适用于中性化的膜片厚度较薄，通常在数十至数百纳米尺度，过薄的厚度导致膜片寿命受限，工程上考虑替换的便易性，往往采用旋转钢带来提供大量膜片库存以便及时更换。

而加速器束线上空间极为宝贵，尤其在沿束线方向，可利用空间往往十分紧张，常用旋转钢带方案虽然在提供膜片库存量上有较大优势，但是，整体设备的造价昂贵，加工难度大、且控制系统复杂、应用成本较高，且膜片在固定过程中往往容易发生损坏。对于一些加速器实验室来讲，如何设计一种既能够提供适当膜片库存、满足膜片更换及监测需求、同时满足真空密封及监测等要求，又避免占用过多束线空间的小型中性化靶室，对于同时解决固体剥离膜片的库存和剥离室整体的空间占用率两个问题来说，在加速器实验室具有非常实际的应用价值。

发明内容

为了解决加速器束线上空间紧张以及提供膜片库存量的旋转钢带整体设备的造价昂贵，加工难度大、且控制系统复杂、应用成本较高的问题，本发明提供了一种加速器实验室用固体中性化靶室。

本发明提供的具体技术方案是：

本发明提供了一种加速器实验室用固体中性化靶室，包括剥离室腔体、上游束流管道接口、下游束流管道接口、剥离膜片装卸窗口、可旋转膜片库存机构以及膜片切换机构；

上游束流管道接口、下游束流管道接口对称设置在剥离室腔体上，且均位于束流中线上；

可旋转膜片库存机构安装于剥离室腔体内部，可旋转膜片库存机构上沿圆周方向均匀设置有多个膜片；多个膜片所在旋转平面与束流流向垂直，且束流需穿过所述旋转平面；

剥离膜片装卸窗口设置在剥离室腔体上，且对应于可旋转膜片库存机构的位置；

膜片切换机构包括动力源以及直角锥齿轮传动机构；动力源将旋转动力传递给直角锥齿轮传动机构，直角锥齿轮传动机构将动力传输方向改变90°后驱动可旋转膜片库存机构旋转，从而实现待剥离膜片的切换。

进一步地，上述可旋转膜片库存机构包括旋转轴、固定圆盘以及膜片固定组件；

旋转轴一端安装带座轴承，另一端安装直角锥齿轮传动机构的大锥齿轮，旋转轴的中部固定安装固定圆盘；固定圆盘的外围沿圆周方向均匀安装有多个膜片固定组件，每个膜片固定组件上均夹持有膜片。

进一步地，上述膜片固定组件包括膜架、压片以及小螺钉；

膜架包括呈“C”字形的夹持部以及用于连接固定的固定部；

压片呈“C”字形；压片和所述夹持部通过两个小螺钉将膜片夹紧。

进一步地，上述固定部通过螺钉将膜架固定安装在固定圆盘上，且螺钉的螺帽与固定圆盘之间设有预紧压块。

进一步地，上述动力源包括电机、联轴器、磁流体密封结构以及齿轮连接器；

电机固定于剥离室腔体外部，电机输出轴通过联轴器与磁流体密封结构的输入端连接，磁流体密封结构的输出端与齿轮连接器的一端连接，齿轮连接器的另一端伸入剥离室腔体内与所述直角锥齿轮传动机构的小锥齿轮连接。

进一步地，上述大锥齿轮齿数与小锥齿轮齿数之比等于膜片固定组件的数量。

进一步地，上述剥离室腔体上还设有冷规接口、电阻规接口以及真空抽口。

进一步地，上述剥离室腔体上，且位于下游束流管道接口或上游束流管道接口两侧设置有光源口和观察窗。

进一步地，上述剥离室腔体为圆筒结构，其轴向方向为束流方向。

进一步地，该中性化靶室还包括用于支撑剥离室腔体的支架。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过在剥离室腔体内设置可旋转膜片库存机构，多个膜片沿圆周方向均匀设置在可旋转膜片库存机构上，直角锥齿轮传动机构，实现旋转力的90°转换，不仅为实验提供了一定量的膜片库存，并且使得剥离室在沿束流方向所占体积进一步地缩小，同时直角锥齿轮传动机构驱动可旋转膜片库存机构旋转从而实现多个膜片的位置切换，相比现有旋转钢带大大降低了装置的复杂度和整体体积，另外剥离腔上对应可旋转膜片库存机构的位置设置剥离膜片装卸窗口，可方便膜片的安装与拆卸。

2、本发明中膜片的固定圆盘提供了N个沿圆周方向均匀布置的膜片安装位置，每两个相邻膜片中心线夹角为1/N个圆周，采取这种方法，在提供适量固体剥离膜片库存的同时，与传统旋转钢带制造方法相比，又大大降低了加工成本和制造难度。

3、本发明的膜片固定组件中膜架、压片采用小螺钉固定，且两个小螺钉之间间距大于膜片尺寸，即在提供适当压紧力避免膜片脱落的同时，又避免螺钉直接作用上膜片上，使膜片受力而发生破坏，降低膜片的损坏率。

4、本发明中大锥齿轮齿数与小锥齿轮齿数之比等于膜片固定组件的数量，即小齿轮每转一周，膜片位置实现一次更换，降低了控制系统的难度。

5、本发明中剥离室腔体上设有设光源口及观察窗，光源口与观察窗与束流中线平齐，方便对位于束流中线上膜片的状态进行实时监测。

6、本发明中剥离室腔体上设有冷规接口、电阻规接口以及真空抽口，方便剥离室腔体的真空获得与监测。

7、本发明中联轴器通过磁流体密封结构与剥离室腔体内小锥齿轮相连，在实现旋转动力传动的同时，也满足了设备真空密封的要求。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的剖视图；

图4为图2的剖视图；

图5为膜片固定组件的结构图；

图6为膜片固定组件夹持膜片后的结构图。

附图标记如下：

1-剥离室腔体，2-下游束流管道接口、3-上游束流管道接口、4-剥离膜片装卸窗口、5—旋转轴、6-固定圆盘、7-膜片固定组件、71-膜架、72-压片、73-小螺钉、8-电机、9-联轴器、10-磁流体密封结构、11-齿轮连接器、12-小锥齿轮、13-大锥齿轮、14-支架、15-带座轴承、16-膜片、17-光源口，18-观察窗、19-冷规接口、20-电阻规接口、21-真空抽口、22-预紧压块、23-电机支架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

基本机构

本发明提供了一种加速器实验室用固体中性化靶室的基本原理结构，包括剥离室腔体、上游束流管道接口、下游束流管道接口、剥离膜片装卸窗口、可旋转膜片库存机构以及膜片切换机构；

上游束流管道接口、下游束流管道接口对称设置在剥离室腔体上，且均位于束流中线上；

可旋转膜片库存机构安装于剥离室腔体内部，可旋转膜片库存机构上沿圆周方向均匀设置有多个膜片；多个膜片所在旋转平面与束流流向垂直，且束流需穿过所述旋转平面；当束流进入剥离室腔体后需保证有一个膜片位于束流中线对束流进行剥离；

剥离膜片装卸窗口设置在剥离室腔体上，且对应于可旋转膜片库存机构的位置，通过该窗口可方便对膜片进行拆卸、更换；

膜片切换机构包括动力源以及直角锥齿轮传动机构；动力源将旋转动力传递给直角锥齿轮传动机构，直角锥齿轮传动机构将动力传输方向改变90°后驱动可旋转膜片库存机构旋转，从而实现剥离膜片的切换。上述原理结构的设计目的在于：既要保证膜片具有一定的库存量，并且还需缩短整个设备沿束流方向的占空比，同时还要求中性化靶室的结构简单，易于实现。

具体实施结构

在该原理结构的基础上，本发明还提供了中性化靶室的具体实施结构，如图1-4所示，包括剥离室腔体1、下游束流管道接口2、上游束流管道接口3、剥离膜片装卸窗口4、旋转轴5、固定圆盘6、膜片固定组件7、电机8、联轴器9、磁流体密封结构10、齿轮连接器11、小锥齿轮12以及大锥齿轮13；

其中，剥离室腔体1为圆筒状，其轴向方向为束流方向，其轴向方向两侧分别设置下游束流管道接口2、上游束流管道接口3；剥离室腔体1下方设有支架14用于支撑整个剥离室腔体1；

旋转轴5沿轴向布置在剥离室腔体1内，其一端通过带座轴承15与剥离室腔体1内壁连接，另一端安装大锥齿轮13；旋转轴5中部同轴固连固定圆盘6；固定圆盘6沿其圆周方向安装多个膜片固定组件7(本实施例中膜片固定件与固定圆盘通过螺钉连接固定，并且在螺钉的螺钉头与固定圆盘之间设置有预紧压块22)，每个膜片固定组件7上均夹持有膜片16；(本实施例中膜片固定组件数量为8，每两个相邻膜片中心线夹角为45°)。

电机8通过电机支架23安装于剥离室腔体1外部，电机8输出轴通过联轴器9与磁流体密封结构10的输入端连接，磁流体密封结构10的输出端与齿轮连接器11的一端连接，齿轮连接器11的另一端伸入剥离室腔体1内，且其上安装小锥齿轮12，小锥齿轮12与大锥齿轮13相互啮合(其中，电机8、联轴器9、磁流体密封结构10、齿轮连接器11依次连接的方向为剥离室腔体1的径向方向)；该结构设计的目的在于提供膜片切换所需旋转动力的同时又节省了设备在束流方向的体积。本实施例中，大锥齿轮13齿数为120，小锥齿轮12齿数为15。

如图5所示，本实施例的膜片固定组件7包括膜架71、压片72以及小螺钉73；膜架71包括呈“C”字形的夹持部以及用于连接固定的固定部；压片72呈“C”字形；压片72和所述夹持部通过两个小螺钉73将膜片夹紧。如图6所示，两个小螺钉73之间间距A大于膜片尺寸B，即在提供适当压紧力避免膜片脱落的同时，又避免螺钉直接作用于膜片上，使膜片受力而发生破坏，降低膜片的损坏率。

本实施例中剥离室腔体上，且位于下游束流管道接口2或上游束流管道接口3两侧设置有光源口17和观察窗18，光源口17和观察窗18的中轴线交点与束流中线上膜片中心重合，目的是为了方便对膜片的状态进行实时观察，同时还设有冷规接口19、电阻规接口20以及真空抽接口21，方便剥离室腔体的真空获得与监测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种加速器实验室用固体中性化靶室，其特征在于：包括剥离室腔体、上游束流管道接口、下游束流管道接口、剥离膜片装卸窗口、可旋转膜片库存机构以及膜片切换机构；

上游束流管道接口、下游束流管道接口对称设置在剥离室腔体上，且均位于束流中线上；

可旋转膜片库存机构安装于剥离室腔体内部，可旋转膜片库存机构上沿圆周方向均匀设置有多个膜片；多个膜片所在旋转平面与束流流向垂直，且束流需穿过所述旋转平面；

所述可旋转膜片库存机构包括旋转轴、固定圆盘以及膜片固定组件；

旋转轴一端安装带座轴承，另一端安装直角锥齿轮传动机构的大锥齿轮，旋转轴的中部固定安装固定圆盘；固定圆盘的外围沿圆周方向均匀安装有多个膜片固定组件，每个膜片固定组件上均夹持有膜片；

所述膜片固定组件包括膜架、压片以及小螺钉；

膜架包括呈“C”字形的夹持部以及用于连接固定的固定部；

压片呈“C”字形；压片和所述夹持部通过两个小螺钉将膜片夹紧，两个小螺钉之间的间距大于被压膜片的尺寸；

所述固定部通过螺钉将膜架固定安装在固定圆盘上，且螺钉的螺帽与固定圆盘之间设有预紧压块；

剥离膜片装卸窗口设置在剥离室腔体上，且对应于可旋转膜片库存机构的位置；

膜片切换机构包括动力源以及直角锥齿轮传动机构；动力源将旋转动力传递给直角锥齿轮传动机构，直角锥齿轮传动机构将动力传输方向改变90°后驱动可旋转膜片库存机构旋转，从而实现剥离膜片的位置切换；

所述动力源包括电机、联轴器、磁流体密封结构以及齿轮连接器；

电机固定于剥离室腔体外部，电机输出轴通过联轴器与磁流体密封结构的输入端连接，磁流体密封结构的输出端与齿轮连接器的一端连接，齿轮连接器的另一端伸入剥离室腔体内与所述直角锥齿轮传动机构的小锥齿轮连接；

所述大锥齿轮齿数与小锥齿轮齿数之比等于膜片固定组件的数量。

2.根据权利要求1所述的加速器实验室用固体中性化靶室，其特征在于：所述剥离室腔体上还设有冷规接口、电阻规接口以及真空抽口。

3.根据权利要求2所述的加速器实验室用固体中性化靶室，其特征在于：所述剥离室腔体上，且位于下游束流管道接口或上游束流管道接口两侧设置有光源口和观察窗。

4.根据权利要求3所述的加速器实验室用固体中性化靶室，其特征在于：所述剥离室腔体为圆筒结构，其轴向方向为束流方向。

5.根据权利要求4所述的加速器实验室用固体中性化靶室，其特征在于：还包括用于支撑剥离室腔体的支架。

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