CN111863285A - 深冷靶低温吸附抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深冷靶低温吸附抑制装置，包括悬臂基座、位于悬臂基座前方的常温固定屏、低温固定屏以及常温活动屏、低温活动屏，低温固定屏的与导冷杆的导冷面紧固连接进行冷量传递，低温活动屏的外部设置有加热块和温度传感器，低温活动屏的温度通过温度传感器反馈至用于设定控制整体温度的控温系统，控温系统通过控制加热块将温度精确控制在设定范围内。本发明将杂质气体及有机悬浮物进行常温隔离和低温冷凝，常温隔离通过在真空大环境下再制造出小真空腔室把外部真空大环境内的杂质气体及有机悬浮物进行隔离，低温冷凝是通过低温屏蔽、容线套和导冷杆等低温组件将进入常温内部的杂质气体及有机悬浮物冷凝下来并吸附于低温组件表面。
Description
技术领域
本发明属于一种深冷靶低温吸附抑制装置。
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，真空环境内存在有少量的各种气体，并且各种仪器设备在真空状态下，也会释放出少量不同的有机悬浮物；因为各种气体和有机悬浮物均具有不同的凝固温度点，在遇到低温物体时，只要温度满足杂质气体和有机悬浮物的凝固条件，杂质气体和有机悬浮物将会被吸附并冷凝在低温物体表面，随着时间的增加，逐渐形成不透明的固体物质，也称“结霜”。针对深冷靶的物理实验，若深冷靶表面出现“结霜”，将会严重影响检测设备对深冷靶的测试和诊断，并直接影响物理实验结果。为了稳定保持低温，在打靶前可采用屏蔽罩（如低温冷屏、常温密封等结构）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气体和有机悬浮物吸附于深冷靶表面。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机构主要存在以下问题：
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，可能出现断路情况致使达不到指定温度；
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；
现有的深冷靶低温吸附抑制机构尺寸过大，结构复杂，使用和维修不便；
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；
结构复杂，操作不方便，单次装配繁琐；
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
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种在深低温状态下对悬臂导冷杆前端深冷靶进行杂质气体及有机悬浮物的吸附防护的深冷靶低温吸附抑制装置。
本发明的技术方案为：一种深冷靶低温吸附抑制装置，包括：悬臂基座、位于所述的悬臂基座前方的常温固定屏、低温固定屏以及常温活动屏、低温活动屏，所述的低温固定屏的后端与悬臂基座上的低温屏蔽接口固定连接，所述的常温固定屏的后端与悬臂基座上的常温屏蔽接口固定连接，所述的低温固定屏位于所述的常温固定屏的内部，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，所述的低温活动屏位于所述的常温活动屏的内部，所述的常温活动屏、低温活动屏的前端设置有前端挡板，并且所述的常温活动屏、低温活动屏之间通过隔热板螺接固定连接成刚性整体；其中，所述的低温固定屏和低温活动屏的外部设置有由柔性导热材料制成的导热软连接线，所述的导热软连接线的一端紧固于所述的低温固定屏上、另一端紧固于所述的低温活动屏上，所述的导热软连接线的外部套设有容线套，所述的容线套位于所述的常温固定屏、低温固定屏之间，并与低温固定屏末端固定连接，保证导热软连接线在容线套内自由伸缩而不会与常温屏接触造成热短路；所述的低温固定屏、低温活动屏的内部设置有导冷杆，所述的导冷杆的前端设置有深冷靶，所述的深冷靶与导冷杆的导冷面紧固连接进行冷量传递，所述的低温活动屏的外部设置有加热块和温度传感器，所述的低温活动屏的温度通过温度传感器反馈至用于设定控制整体温度的控温系统，所述的控温系统通过控制所述的加热块将温度精确控制在设定范围内。
优选的，还包括开启部件，所述的常温活动屏的两侧与开启部件连接，所述的开启部件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。
优选的，所述的常温活动屏、低温活动屏上设置有一组纵向的用于对深冷靶进行测量和诊断的第一诊断孔，所述的第一诊断孔上均贴有相同材料和厚度的透光膜片，并用膜片压环密封粘接固定。
优选的，所述的常温活动屏、低温活动屏上设置有一组横向的用于对深冷靶进行测量和诊断的第二诊断孔，所述的第二诊断孔上均贴有相同材料和厚度的透光膜片，并用膜片压环密封粘接固定。
优选的，所述的隔热板是由阻热有机材料制成的S形阻热结构。
优选的，所述的隔热板的内外连接位置均设计有定位止口。
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，由轻质金属或合金制成的常温活动屏的内表面与由轻质金属或合金制成的常温固定屏的外表面密封接触。
优选的，所述的低温固定屏、低温活动屏、容线套、导热软连接线、低温膜片压环由无氧高导铜表面镀金制成，所述的导冷杆的导冷面上垫有金属铟片。
优选的，所述的导冷杆材料由无氧高导铜制成并表面镀金，所述的导冷杆的控制温度＜25k。
本发明技术方案将杂质气体及有机悬浮物进行常温隔离和低温冷凝来防止深冷靶表面“结霜”，常温隔离是通过在真空大环境下再制造出一个小的真空腔室，把外部真空大环境内的杂质气体及有机悬浮物进行隔离，减少进入常温内杂质气体及有机悬浮物的数量；低温冷凝是通过低温蔽、容线套和导冷杆等低温组件将进入常温内部的杂质气体及有机悬浮物冷凝下来，并吸附于低温组件表面，防止深冷靶表面吸附“结霜”。
附图说明
图1为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的立体示意图。
图2为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的沿纵向剖视示意图（0°）。
图3为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的沿纵向剖视示意图（90°）。
图4为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的隔热板的立体示意图。
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为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的立体示意图，图2为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的沿纵向剖视示意图（0°），图3为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的沿纵向剖视示意图（90°）。本实施例中的深冷靶低温吸附抑制装置，包括悬臂基座20、位于悬臂基座20前方的常温固定屏1、低温固定屏3以及常温活动屏11、低温活动屏8，低温固定屏3的后端与悬臂基座20上的低温屏蔽接口固定连接，常温固定屏1的后端与悬臂基座20上的常温屏蔽接口固定连接，低温固定屏3位于常温固定屏1的内部，低温活动屏8可前后滑动的套设于低温固定屏3的外部，常温活动屏11可前后滑动的套设于常温固定屏1的外部，低温活动屏8位于常温活动屏11的内部，常温固定屏1、低温固定屏3的截面呈回形，常温活动屏11、低温活动屏8的截面呈回形。
处于最外层的常温固定屏1、常温活动屏11整体温度与室温相同，常温固定屏1、常温活动屏11的材料可采用轻质金属或合金等，常温活动屏11的内表面与常温固定屏1的外表面密封接触，并通过常温固定屏1外表面的定位和导向进行前后滑动；常温活动屏11在方形窗口两侧设置有执行机构螺钉18，执行机构螺钉18与开启部件的连杆固定，通过伺服电机带动连杆，连杆的直线运动将常温活动屏11、低温活动屏8同时后移至后端时，将深冷靶16暴露出来；靠近深冷靶16的部件包括低温固定屏3、低温活动屏8、容线套2、导热软连接10，整体温度由控温仪进行设定控制。低温固定屏3、低温活动屏8、容线套2、导热软连接10、膜片压环14等采用无氧高导铜材料，内外表面镀金处理，表面镀金是为了有效屏蔽辐射热量对深冷靶16温度精度的影响，同时可避免铜表面的氧化；采用相同材质的无氧高导铜是为了保证在温度变化过程中保持相同的收缩率，避免因热胀冷缩产生的尺寸误差影响配合精度和降低低温吸附抑制效率；常温屏蔽与低温屏蔽即对深冷靶进行有效保护，减少杂质气体及有机悬浮物冷冻吸附到深冷靶表面，又可迅速地将深冷靶直接暴露于大真空腔体的环境内。
低温活动屏8套在低温固定屏3外部，低温活动屏8内表面与低温固定屏3的外表面留有微小间隙，方便低温活动屏8无阻碍运动；常温活动屏11、低温活动屏8的前端设置有前端挡板5，常温活动屏11与隔热板6之间通过常温屏螺钉9螺接固定、低温活动屏8与隔热板6之间通过低温屏螺钉17螺接固定连接成刚性整体，在开启时常温活动屏11通过隔热板6带动低温活动屏8同步运动。图4为根据本发明的深冷靶低温吸附抑制装置的隔热板的立体示意图。隔热板6采用阻热性强的有机材料，螺钉连接端设计有S形阻热回路，增加了冷量传导距离，有效阻绝常温活动屏11与低温活动屏8之间的热量传递，减少低温的冷量损失，保证低温上的温度稳定性；隔热板6内外连接位置均设计有定位止口，保证常温活动屏11与低温活动屏8在固定后相对位置的精确性，避免运动时低温活动屏8与低温固定屏3产生阻滞和干涉。
低温固定屏3和低温活动屏8的外部设置有由柔性导热材料制成的导热软连接线10，导热软连接线10的一端紧固于低温固定屏3上、另一端紧固于低温活动屏8上，导热软连接线10的外部套设有截面形状相同的容线套2，容线套2位于常温固定屏1、低温固定屏3之间，容线套2与低温固定屏3各面保持相同间隙，并与低温固定屏末端固定连接，保证导热软连接线在容线套内自由伸缩而不会与常温屏接触造成热短路；其主要作用包括：一是保证多根导热软连接线在自由收缩时具有容纳空间，同时避免收缩形变的导热软连接与常温固定屏接触而导致冷量损失；二是增加了低温吸附的有效面积；三是增加了一层低温蔽，进一步提高了导冷杆的温度稳定性和控温精度。导热软连接线10选用导热性能好的无氧高导铜丝编织加工而成，两端各自紧固于所述低温固定屏和低温活动屏，在保证柔性的同时将低温固定屏上的冷量传递给低温活动屏，使低温活动屏的温度满足低温吸附所需温度（＜120k）。
常温活动屏11和低温活动屏8上开有两路对穿的诊断孔：常温活动屏11、低温活动屏8上设置有一组纵向的用于对深冷靶16进行测量和诊断的第一诊断孔4，常温活动屏11、低温活动屏8上设置有一组横向的用于对深冷靶16进行测量和诊断的第二诊断孔7，第一诊断孔4、第二诊断孔7用于方便诊断设备对深冷靶16进行测量和诊断，第一诊断孔4、第二诊断孔7上均贴有相同材料和厚度的透光膜片19，并用膜片压环14粘接固定，保证密封，防止杂质气体及有机悬浮物进入小的真空腔室入而吸附于深冷靶16的表面。
低温固定屏3、低温活动屏8、容线套2、导热软连接线10、膜片压环14由无氧高导铜表面镀金制成，导冷杆2的材料由无氧高导铜制成并表面镀金，导冷杆15的控制温度＜25k，导冷杆15的导冷面上垫有金属铟片。深冷靶16位于导冷杆15的前端，通过与导冷杆15的导冷面紧固连接进行冷量传递，导冷面之间的金属铟片是用来填补导冷面的加工缺陷，增加导热面积，减少热阻；因为导冷杆15的温度更低，所以经过低温蔽而未被冷凝的杂质气体和有机悬浮物将被导冷杆的低温表面吸附而凝结，抑制了杂质气体和有机悬浮物在深冷靶表面的“结霜”。
低温固定屏3、低温活动屏8的内部设置有导冷杆15，导冷杆15的前端设置有深冷靶16，深冷靶16与导冷杆15的导冷面紧固连接进行冷量传递，低温活动屏8的外部设置有加热块13和温度传感器12，低温活动屏8的温度通过温度传感器12反馈至用于设定控制整体温度的控温系统，控温系统通过控制加热块13将温度精确控制在设定范围内，温度可设定在30k~120k之间任一点。低温屏蔽能有效屏蔽外部辐射热量对深冷靶温度的影响，同时依靠本身的深低温度，将部分进入小的真空腔室的杂质气体和有机悬浮物冷冻吸附于低温表面并凝固，进一步减少靶点周围的杂质气体和有机悬浮物。本发明技术方案将杂质气体及有机悬浮物进行常温隔离和低温冷凝来防止深冷靶表面“结霜”，常温隔离是通过常温蔽在真空大环境下再制造出一个小的真空腔室，把外部真空大环境内的杂质气体及有机悬浮物进行隔离，减少进入常温内杂质气体及有机悬浮物的数量；低温冷凝是通过低温蔽、容线套和导冷杆等低温组件将进入常温内部的杂质气体及有机悬浮物冷凝下来，并吸附于低温组件表面，防止深冷靶表面吸附“结霜”。
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装置，其特征在于，包括：悬臂基座、位于所述的悬臂基座前方的常温固定屏、低温固定屏以及常温活动屏、低温活动屏，所述的低温固定屏的后端与悬臂基座上的低温屏蔽接口固定连接，所述的常温固定屏的后端与悬臂基座上的常温屏蔽接口固定连接，所述的低温固定屏位于所述的常温固定屏的内部，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，所述的低温活动屏位于所述的常温活动屏的内部，所述的常温活动屏、低温活动屏的前端设置有前端挡板，并且所述的常温活动屏、低温活动屏之间通过隔热板螺接固定连接成刚性整体；其中，
所述的低温固定屏和低温活动屏的外部设置有由柔性导热材料制成的导热软连接线，所述的导热软连接线的一端紧固于所述的低温固定屏上、另一端紧固于所述的低温活动屏上，所述的导热软连接线的外部套设有容线套，所述的容线套位于所述的常温固定屏、低温固定屏之间，所述的容线套与低温固定屏末端固定连接，保证导热软连接线在容线套内自由伸缩而不会与常温屏接触造成热短路；所述的低温固定屏、低温活动屏的内部设置有导冷杆，所述的导冷杆的前端设置有深冷靶，所述的深冷靶与导冷杆的导冷面紧固连接进行冷量传递，所述的低温活动屏的外部设置有加热块和温度传感器，所述的低温活动屏的温度通过温度传感器反馈至用于设定控制整体温度的控温系统，所述的控温系统通过控制所述的加热块将温度精确控制在设定范围内。
2.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，还包括开启部件，所述的常温活动屏的两侧与开启部件连接，所述的开启部件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。
3.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，所述的常温活动屏、低温活动屏上设置有一组纵向的用于对深冷靶进行测量和诊断的第一诊断孔，所述的第一诊断孔上均贴有相同材料和厚度的透光膜片，并用膜片压环密封粘接固定。
4.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，所述的常温活动屏、低温活动屏上设置有一组横向的用于对深冷靶进行测量和诊断的第二诊断孔，所述的第二诊断孔上均贴有相同材料和厚度的透光膜片，并用膜片压环密封粘接固定。
5.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，所述的隔热板是由阻热有机材料制成的S形阻热结构。
6.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，所述的隔热板的内外连接位置均设计有定位止口。
7.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，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。
8.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，由轻质金属或合金制成的常温活动屏的内表面与由轻质金属或合金制成的常温固定屏的外表面密封接触。
9.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，所述的低温固定屏、低温活动屏、容线套、导热软连接线、低温膜片压环由无氧高导铜表面镀金制成，所述的导冷杆的导冷面上垫有金属铟片。
10.根据权利要求1所述的深冷靶低温吸附抑制装置，其特征在于，所述的导冷杆材料由无氧高导铜制成并表面镀金，所述的导冷杆的控制温度＜25k。
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