CN111863284B - 深冷靶低温吸附抑制开启机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深冷靶低温吸附抑制开启机构，用于在激光注入靶点前迅速将深冷靶直接暴露，包括：安装于所述悬臂基座上的电机驱动单元，包括驱动电机；安装于所述悬臂基座上的丝杆传动机构，包括运动架，用于将所述驱动电机的转动转化为所述运动架的前后向直线运动；以及前部防护部件，包括从内向外依次设置的、前端开口的低温活动屏和常温活动屏，以及具有导冷、导向作用的低温固定屏和常温固定屏。该深冷靶低温吸附抑制开启机构，低温活动屏和常温活动屏具有伸缩功能，即在对深冷靶进行有效保护，减少杂质气体和有机物质冷冻吸附到靶表面，又可在需要时快速地将深冷靶直接暴露于真空腔体环境内。

Description

深冷靶低温吸附抑制开启机构

技术领域

本发明属于惯性约束聚变技术领域，具体涉及一种深冷靶的吸附抑制机构。

背景技术

惯性约束聚变是实现可控热核聚变的有效途径，是探索新能源的有效途径，也是当前发达国家争相占领的科技战略制高点，具有重大的现实及战略意义。相比于常规靶，深冷靶聚变产生的中子数有明显增加，是最有希望率先实现聚变的靶型。但是其目标的实现需要特定的极端物理条件：深冷靶需要保持18K以下超低温以保证靶处于冷冻状态，并需要其温度稳定。

需要说明的是，为了稳定保持低温，在打靶前可采用屏蔽罩（如低温冷屏、常温冷屏幕等结构）对深冷靶进行保护并维持温度恒定尽量减少漏热，将深冷靶与真空腔体环境进行隔绝，对靶表面的低温吸附进行有效抑制，以减少真空腔体内杂质吸附于深冷靶表面。同时，在打靶、更换深冷靶时，需要将屏蔽罩在有限空间内快速开启，实现靶的快速暴露以减小温度波动，而且屏蔽罩的开启必须在有限空间内完成，同时在打开过程中，靶点的振动幅度小于±5μm；低温吸附抑制单元打开后，靶点的位置漂移小于5μm，并尽量避免开启动作对深冷靶造成干扰。

目前，国内外已研制出多种针对深冷靶聚变的打靶试验装置。例如，中国发明专利申请CN108317765A公开了一种双悬臂式低振动低温制冷系统，通过内外套装的悬臂装置，结合大质量的安装基座，在对被冷却靶有效冷却的同时，有效地隔绝了制冷机、外界振动对被冷却靶的振动影响。现有的可开闭的深冷靶低温吸附抑制开启机构主要存在以下问题：

1)打开与关闭的需求导致热辐射屏蔽罩的热传导的稳定受限，可能出现短路情况致使达不到指定温度；

2)打开与关闭的需求导致以往的低温吸附抑制机构的密封性能达不到指定要求，有残余杂质进入热辐射屏蔽，出现靶表面吸附杂质的情况；

3)现有的深冷靶低温吸附抑制开启机构尺寸过大，结构复杂，使用和维修不便；

4)开合式热辐射屏蔽罩开启机构工作时需向两侧开启，工作空间大，与空间紧张的工作环境相矛盾；

5)结构复杂，操作不方便，单次装配繁琐；

6)开合时靶点的振动幅度偏大，靶点的位置漂移较大。

发明内容

为了解决深冷靶打靶过程中热辐射屏蔽罩需要在有限空间内快速开启和关闭，并稳定保持低温这一问题，本发明提供了一种可以将常温屏蔽罩和低温屏蔽罩同时打开，实现深冷靶靶点的局部快速暴露以便激光打靶的深冷靶低温吸附抑制开启机构。

本发明的技术方案为：一种深冷靶低温吸附抑制开启机构，包括悬臂基座、安装于所述的悬臂基座上的电机驱动机构和丝杆传动机构、以及位于所述的悬臂基座前方的防护部件，所述的防护部件包括：位于后部的常温固定屏、低温固定屏以及位于前部的常温活动屏、低温活动屏，所述的低温固定屏从所述的悬臂基座内伸出，所述的常温活动屏安装于所述的悬臂基座前部，所述的低温固定屏位于所述的常温活动屏的内部，所述的低温活动屏位于所述的常温活动屏的内部，所述的低温活动屏可前后滑动的套设于所述的低温固定屏的外部，所述的常温活动屏可前后滑动的套设于所述的常温固定屏的外部，所述的低温活动屏的内部设置有深冷靶，所述的常温活动屏、低温活动屏之间通过绝热固定部件连接，所述的丝杆传动机构通过第一连杆连接于所述的常温活动屏，工作状态下，所述的电机驱动机构驱动所述的丝杠传动机构，当所述的第一连接杆带动所述的常温活动屏、低温活动屏向后行至后端时，所述的深冷靶处于暴露开启状态，当所述的第一连接杆带动常温活动屏、低温活动屏向前行至前端时，所述的深冷靶处于密封关闭状态。

优选的，还包括位于所述的低温活动屏前端的防护盖板，该防护盖板通过第二连杆安装于所述的常温固定屏上。

优选的，所述的电机驱动机构包括高速无刷电机、电机固定座、柔性联轴节，所述的高速无刷电机通过电机固定座设置在所述的悬臂基座上，所述的高速无刷电机通过所述的柔性联轴节与所述的丝杠传动机构连接。

优选的，所述的丝杠传动机构包括精密丝杠、直线导轨、支撑轴承、执行部件，所述的精密丝杠通过支撑轴承平行于所述的直线导轨设置，所述的执行部件安装于所述的精密丝杠上。

优选的，所述的常温活动屏的两侧壁安装有关节轴承，所述的第一连接杆通过关节轴承与所述的常温活动屏相连。

优选的，所述的绝热固定部件是由G10材质制成的多折弯结构。

优选的，所述的低温固定屏和低温活动屏的表面采用镀金处理且二者之间设有挠性导热弹片。

优选的，所述的常温固定屏、低温固定屏的截面呈回形，所述的常温活动屏、低温活动屏的截面呈回形。

优选的，所述的防护部件的前端设置有用于瞄靶和表征的光窗结构。

优选的，包括反馈传感器，所述的反馈传感器输出防护部件的位置信号以进行行止控制。

本发明是一种能够满足打开与关闭的深冷靶使用条件下的低温吸附抑制机构，低温屏和常温屏具有伸缩功能，即在对深冷靶进行有效保护，减少杂质吸附于冷冻到靶表面，又可迅速地将深冷靶直接暴露于真空腔体环境内，可以有效减少辐射漏热、保持超低温环境以保证靶处于冷冻状态，并保证温度稳定，将靶与外部环境隔绝，使杂质只能吸附到热辐射屏蔽上，对靶表面的低温吸附进行有效抑制。

附图说明

图1是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的立体示意图。

图2是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的俯视示意图。

图3是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的剖视示意图。

图4是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的局部放大示意图。

图5是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的绝热固定部件的立体示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1至图3所示，图1是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的立体示意图，图2是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的俯视示意图，图3是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的剖视示意图。本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构包括电机驱动机构和丝杆传动机构、以及位于悬臂基座10前方的防护部件，整个深冷靶低温吸附抑制开启机构安装于深冷靶聚变打靶试验装置的悬臂基座10上。整个悬臂基座10为内空的筒状，置于真空腔体的内部，关于悬臂基座和真空腔体以及深冷靶聚变打靶试验装置（如制冷剂、冷头等）的其他组成部分不再详细叙述。

丝杆传动机构安装于悬臂基座侧壁上，用于将电机的转动转化为直线运动，其包括位于前后设置的一对支撑轴承6、精密丝杠4、直线导轨5以及套装于精密丝杠4上可沿直线导轨5进行前后向直线运动的执行部件7，精密丝杠4通过支撑轴承6平行于直线导轨5设置，保证丝杠机构的运动方向与2个直线导轨严格平行，减小晃动带来的不利影响，确保整个机构运动过程中平稳可靠。另外，丝杆传动机构上设置有反馈传感器20，反馈传感器20用于输出防护部件的位置信号以进行行止控制。

电机驱动单元位于丝杆传动机构后侧，电机驱动机构包括高速无刷电机1、电机固定座2、柔性联轴节3，为减少驱动电机工作时自身振动对深冷靶的影响，高速无刷电机1可以同时满足真空、低温环境适应性要求，工作时靶点的振动幅度较小，靶点的位置漂移小。高速无刷电机1通过电机固定座2设置在悬臂基座10上，高速无刷电机1通过柔性联轴节3与丝杠传动机构连接，柔性联轴节3的设置时为了消除电机驱动轴与丝杆之间的加工和装配误差，确保连接的稳定和可靠。

图4是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的局部放大示意图。防护部件包括位于后部的常温固定屏15、低温固定屏16以及位于前部的常温活动屏17、低温活动屏18，加工后进行稳定化处理，保证其尺寸精度，减小运动阻力，最优化密封效果，对外界杂质进行有效隔离。防护部件的前端设置有用于瞄靶和表征的光窗结构9，实现观测和密封屏蔽的作用。低温固定屏16从悬臂基座10内伸出，常温固定屏15安装于悬臂基座10前部，低温固定屏16位于常温固定屏15的内部，低温活动屏18位于常温活动屏17的内部，低温活动屏18可前后滑动的套设于低温固定屏16的外部，常温活动屏17可前后滑动的套设于常温固定屏15的外部，安装于样品导冷杆前端的深冷靶11位于低温活动屏18内腔，样品导冷杆和低温固定屏16的后部伸入悬臂基座10内腔，并与后端的冷头连接以获得所需冷量。常温固定屏15、低温固定屏16的截面呈回形，常温活动屏17、低温活动屏18的截面呈回形。低温活动屏18前端设置有防护盖板14，该防护盖板14通过位于低温屏和常温屏之间的第二连杆21安装于常温固定屏15上，在低温活动屏18伸出状态，防护盖板14从前部对低温屏内腔的深冷靶进行防护，在低温屏缩回状态，防护盖14板位置保持不动。

常温屏与低温屏之间既需要相对运动，又需要实现固定，通过减小传热面积、增加传热距离、选取低热导率材料来实现低温屏的运动部分和常温屏的运动部分之间的绝热，常温活动屏17、低温活动屏18之间通过绝热固定部件12连接，为了尽量减少低温活动屏18、常温活动屏17之间的热传导，增加两者这件的热阻，绝热固定部件12优选低导热率的G10材料（玻璃纤维与树脂碾压复合材料），图5是本发明所提供的深冷靶低温吸附抑制开启机构的绝热固定部件12的立体示意图，绝热固定部件12具有多个折弯结构，增加热传导路径的长度，减小接触面积保证绝热，更好地实现绝热连接，同时实现热辐射屏蔽的完全密封。低温固定屏16和低温活动屏18的表面采用镀金处理且二者之间设有挠性导热弹片8，在保证两者之间平稳滑动的同时，增加了两者的导热效果。

丝杆传动机构通过第一连杆13连接于常温活动屏17，常温活动屏17的两侧壁安装有关节轴承19，为了消除加工、装调误差的影响，第一连接杆13通过关节轴承19与常温活动屏17相连。工作状态下，电机驱动机构通过联轴节带动驱动丝杠传动机构旋转，丝杠传动机构将电机的转动转化为直线运动，并通过连接杆及端面关节轴承带动执行机构直线运动，通过在丝杠下布置的直线导轨和执行机构中运动部分与固定部分之间严格的间隙保证执行机构运动的直线性，从而实现低温吸附抑制机构的开启或者关闭。当第一连接杆13带动常温活动屏17、低温活动屏18向后行至后端时，深冷靶11处于暴露开启状态，可对靶进行实验前操作，当第一连接杆13带动常温活动屏17、低温活动屏18向前行至前端时，深冷靶11处于密封关闭状态，对靶进行封闭保护。

基于上述结构的深冷靶低温吸附抑制开启机构，低温屏和常温屏具有伸缩功能，即在对深冷靶进行有效保护，减少杂质吸附于冷冻到靶表面，又可迅速地将深冷靶直接暴露于真空腔体环境内。具体地，低温屏和常温屏伸出状态下，电机驱动单元驱动丝杆传动机构通过第一连杆驱动常温活动屏17相对于常温固定屏15向后方向滑动。由于绝热固定部件12的带动，低温活动屏18相对于低温固定屏16向后方向滑动，从而使得样品导冷杆前端的深冷靶迅速地直接暴露于真空腔体内。驱动电机反向旋转，常温活动屏17、低温活动屏18又可迅速地向前滑动，起到对深冷靶的屏蔽防护作用。可以有效减少辐射漏热、保持超低温环境以保证靶处于冷冻状态，并保证温度稳定，将靶与外部环境隔绝，使杂质只能吸附到热辐射屏蔽上，对靶表面的低温吸附进行有效抑制。而且工作时执行机构前后运动，不需要向四周开合，无多余使用空间，结构紧凑，能够在靶腔节省大量空间，避免与诊断设备产生干涉；热屏蔽效果好，保证低温且稳定的靶区环境；结构简单，操作和维修便利，便于多次实验拆装；能够满足远程可控开启与关闭的需求，密封性能好，能够有效阻止残余杂质进入热辐射屏蔽出现靶表面吸附杂质的情况。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，包括：悬臂基座（10）、安装于所述的悬臂基座（10）上的电机驱动机构和丝杆传动机构、以及位于所述的悬臂基座（10）前方的防护部件，所述的防护部件包括：位于后部的常温固定屏（15）、低温固定屏（16）以及位于前部的常温活动屏（17）、低温活动屏（18），所述的低温固定屏（16）从所述的悬臂基座（10）内伸出，所述的常温固定屏（15）安装于所述的悬臂基座（10）前部，所述的低温固定屏（16）位于所述的常温固定屏（15）的内部，所述的低温活动屏（18）位于所述的常温活动屏（17）的内部，所述的低温活动屏（18）可前后滑动的套设于所述的低温固定屏（16）的外部，所述的常温活动屏（17）可前后滑动的套设于所述的常温固定屏（15）的外部，所述的低温固定屏（16）的内部设置有深冷靶（11），所述的常温活动屏（17）、低温活动屏（18）之间通过绝热固定部件（12）连接，所述的丝杆传动机构通过第一连杆（13）连接于所述的常温活动屏（17），工作状态下，所述的电机驱动机构驱动所述的丝杆传动机构，所述的第一连杆（13）带动所述的常温活动屏（17）、低温活动屏（18）向后行以使所述的深冷靶（11）暴露开启，所述的第一连杆（13）带动常温活动屏（17）、低温活动屏（18）向前行以使所述的深冷靶（11）密封关闭。

2.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，还包括位于所述的低温活动屏（18）前端的防护盖板（14），该防护盖板（14）通过第二连杆（21）安装于所述的常温固定屏（15）或所述的悬臂基座（10）上。

3.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，所述的电机驱动机构包括高速无刷电机（1）、电机固定座（2）、柔性联轴节（3），所述的高速无刷电机（1）通过电机固定座（2）设置在所述的悬臂基座（10）上，所述的高速无刷电机（1）通过所述的柔性联轴节（3）与所述的丝杆传动机构连接。

4.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，所述的丝杆传动机构包括精密丝杠（4）、直线导轨（5）、支撑轴承（6）、执行部件（7），所述的精密丝杠（4）通过支撑轴承（6）平行于所述的直线导轨（5）设置，所述的执行部件（7）安装于所述的精密丝杠（4）上。

5.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，所述的常温活动屏（17）的两侧壁安装有关节轴承（19），所述的第一连杆（13）通过关节轴承（19）与所述的常温活动屏（17）相连。

6.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，所述的绝热固定部件（12）是由G10材质制成的多折弯结构。

7.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，所述的低温固定屏（16）和低温活动屏（18）的表面采用镀金处理且二者之间设有挠性导热弹片（8）。

8.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，所述的常温固定屏（15）、低温固定屏（16）的截面呈回形，所述的常温活动屏（17）、低温活动屏（18）的截面呈回形。

9.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，所述的防护部件的前端设置有用于瞄靶和表征的光窗结构（9）。

10.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制开启机构，其特征在于，包括反馈传感器（20），所述的反馈传感器（20）输出防护部件的位置信号以进行行止控制。

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