CN112004305A

CN112004305A - 一种静电加速器高压端级联式真空获得装置及方法

Info

Publication number: CN112004305A
Application number: CN202010876720.XA
Authority: CN
Inventors: 张子民; 申晓康; 曹树春; 李中平; 刘铭; 肖荣庆
Original assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Current assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2020-11-27

Abstract

本发明涉及一种加速器高压端级联式真空获得装置及方法。加速器高压端级联式真空获得装置包括依次相连接的次级分子泵机组、级联真空管道和初级分子泵机组，其中，所述次级分子泵机组的入口连接加速器高压端的真空室，所述次级分子泵机组的出口连接所述级联真空管道的入口；所述初级分子泵机组的入口连接所述级联真空管道的出口，所述初级分子泵机组的出口连接大气环境；所述级联真空管道为多级分压绝缘真空管道。本发明在保证耐高压的同时，也解决了高压端高真空度获得的问题，满足了高压端对高真空度的要求，推动了强流静电加速器技术的发展。

Description

一种静电加速器高压端级联式真空获得装置及方法

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，具体涉及一种静电加速器高压端级联式真空获得装置及方法。

背景技术

强流静电质子加速器以其优良的性能在科研和医学应用中，尤其在硼中子俘获治疗癌症方面，具有非常广泛的应用前景。强流静电质子加速器的关键技术之一就是强流束的高效传输问题。由于强流束的传输需要较高的真空环境，而高压端有离子源，电磁元件等设备不断释放残余气体，要维持工作时所需的高真空度，就需要有一套真空维持系统。目前加速器束流管道中的高真空度获得方式主要是通过离子泵、分子泵、机械泵等真空获得设备将真空管道中的残余气体抽出大气中，以维持管道内的真空度。

目前的加速器中所用的真空获得方法是通过分子泵和机械泵等真空获得设备直接将加速管中的气体抽出排放至大气中。但该方法仅适用于基于高压平台的加速器中，因为高压平台是直接置于大气中的，通过泵抽出的气体可直接排放至大气中。而对于将高压端置于密闭结构如钢筒中的静电加速器结构，由于钢筒中要充满一定压力的绝缘气体以提高绝缘强度，如果将真空管道中抽出的杂质气体直接排放至钢筒内，将降低绝缘气体的性能。因此，必须利用吸附式真空获得设备将剩余气体吸附，或者将真空管道中的气体排放至钢筒外面。可用的吸附式真空获得设备有离子泵和低温泵。离子泵属于吸附型真空获得设备，依靠物理吸附的离子泵俘获气体分子的能力有限，且很容易在其表面形成饱和，影响其进一步吸收气体，需要定期除气或更换离子泵，因此，对于需要长期运行的加速器来说并不适合。低温泵需要有一套低温维持系统，因此，整机结构复杂，且体积较大。应用在该加速器中将极大地增大整个加速器容器的体积，增加成本。且低温泵放置在高压端，高压打火时易损坏，不利于加速器长期稳定运行。

采用将真空管道中的气体直接排放至钢筒外面的方案，可以简化高压端的真空设备，满足加速器长期稳定运行的要求。由于钢筒是地电位，而真空获得设备处在MV量级的高压端，两者之间不能直接相连。

总之，目前的排气式高压端真空获得方法仅适用于基于高压平台的加速器中，而对于将高压端置于密闭钢筒中的静电加速器结构，采用吸附式真空获得设备缺陷明显，不适合加速器的长期运行。采用将真空管道中的气体直接排放至钢筒外面的方案，可以简化高压端的真空设备，满足加速器长期稳定运行的要求。但由于钢筒是地电位，而真空获得设备处在MV量级的高压端，两者之间不能直接相连。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种加速器高压端级联式真空获得装置及方法，使得既可以解决高压端对地击穿的问题，同时还能确保在高压端获得高真空度。

本发明首先提出一种加速器高压端级联式真空获得装置，其特征在于，所述装置包括依次相连接的次级分子泵机组、级联真空管道和初级分子泵机组，其中，

所述次级分子泵机组的入口连接加速器高压端的真空室，所述次级分子泵机组的出口连接所述级联真空管道的入口；

所述初级分子泵机组的入口连接所述级联真空管道的出口，所述初级分子泵机组的出口连接大气环境；

所述级联真空管道为多级分压绝缘真空管道。

根据本发明的一种实施方式，所述级联真空管道包括多个串联的绝缘磁环。

根据本发明的一种实施方式，所述绝缘磁环包括相连接的陶瓷绝缘环和电极片，每组的绝缘磁环的电极片间通过高压分压电阻相连接。

根据本发明的一种实施方式，所述陶瓷绝缘环和所述电极片通过粘结连接起来。

根据本发明的一种实施方式，所述真空室位于密闭环境中。

根据本发明的一种实施方式，所述密闭环境为钢筒。

本发明还提出一种根据所述的加速器高压端级联式真空获得装置获得真空的方法，所述方法包括：

通过次级分子泵机组将加速器高压端的真空室中的气体输送至级联真空管道；

再将级联真空管道中的气体输送至初级分子泵机组，所述初级分子泵机组又将所述气体排放至大气环境；则所述真空室能够获得真空；

其中，所述级联真空管道将高压进行多级分压，以满足高压端对地绝缘的要求，同时实现气体的高效输送。

根据本发明的一种实施方式，所述级联真空管道通过多个串联的绝缘磁环输送气体。

根据本发明的一种实施方式，所述绝缘磁环通过陶瓷绝缘环和所述电极片连接以通过分压的方式满足绝缘的要求

根据本发明的一种实施方式，各绝缘磁环的所述电极片直接通过高压分压电阻连接；所述真空室所在的电压为MV量级的高压。

本发明利用耐高压的级联真空管道和两级真空获得设备级联的方式，既可以解决高压端对地击穿的问题，同时还能确保在高压端获得高真空度，满足了静电加速器高压端对高真空度的要求。本发明的技术方案可推动静电加速器在医学、质子/中子源领域的应用和推广。

附图说明

图1为本发明一实施例静电加速器高压端级联式真空获得方法总体结构示意图；

附图标号：

1.高压端，2.真空室，3.次级分子泵机组，4.级联真空管道，5.初级分子泵机组，6.钢筒，7.陶瓷绝缘环，8.电极片，9.分压电阻。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明要提供一种静电加速器高压端级联式真空获得装置及方法，针对背景技术存在问题，本发明利用耐高压的级联真空管道和两级真空获得设备级联的方式，既可以解决高压端对地击穿的问题，同时还能确保在高压端获得高真空度，以满足静电加速器高压端对高真空度的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要是：利用耐高压的密封级联真空管道和两级真空获得设备级联的方式，将静电加速器高压端真空室内的气体排放至钢筒外面。耐高压的密封级联真空管道通过多级分压的方式既可以解决高压端对地击穿的问题，同时还能有效确保在高压端获得高真空度。

具体地，如图1所示，本发明首先提出一种加速器高压端级联式真空获得装置，所述装置主要包括依次相连接的次级分子泵机组3、级联真空管道4和初级分子泵机组5，其中，

所述次级分子泵机组3的入口连接加速器高压端1的真空室2，所述次级分子泵机组5的出口连接所述级联真空管道4的入口，以将真空室2中产生的气体输出；

所述初级分子泵机组5的入口连接所述级联真空管道4的出口，所述初级分子泵机组5的出口连接大气环境，以将真空室2中的气体最终排出至大气中；

其中，所述级联真空管道4为多级分压绝缘真空管道。

根据本发明的一种实施方式，所述级联真空管道包括多个串联的绝缘磁环。如此设计，使得多个串联的绝缘磁环能将高压端的高压进行电压分配，逐渐连接至大气的地电位。

如图1根据本发明的一种实施方式，所述绝缘磁环包括相连接的陶瓷绝缘环7和电极片8，每组的绝缘磁环的电极片8间通过高压分压电阻9相连接。

绝缘磁环优选陶瓷绝缘环，以利于高真空的获得。当然也不排除与其高真空获得性能相似的其他绝缘材料。

根据本发明的一种实施方式，所述陶瓷绝缘环7和所述电极片8通过粘结连接起来。

陶瓷绝缘环7与电极片8交替粘接而成，电极片之间通过高压分压电阻9连接，可以保证高压均匀地分布在每段绝缘磁环上。该方式可在解决气体排放的同时，利用多级分压的原理解决高压端对地击穿的问题，从而解决高压端高真空度获得的难题。

陶瓷绝缘环的绝缘强度优选大于20kV/cm，以尽量缩短结构的长度。

优选地，电极片的表面粗糙度优于1.6μm，以防止尖端放电现象的发生。一般都用陶瓷绝缘环，其它绝缘材料在真空中出气严重，不利于高真空的获得。气体是在绝缘真空管道里面传输的。

优选地，陶瓷绝缘环7与电极片8之间采用胶粘的方式连接，电极片8和高压分压电阻9之间采用焊接连接。

根据本发明的一种实施方式，所述真空室2位于密闭环境中。

根据本发明的一种实施方式，所述密闭环境为钢筒6。

本发明还提出一种根据所述的加速器高压端级联式真空获得装置获得真空的方法，所述方法主要包括：

其中，所述级联真空管道将高压进行多级分压，以满足高压端对地绝缘的要求，同时实现气体的高效输送。。

更具体地，如图1所示，将位于高压端1的真空室2通过次级分子泵3将管道内的气体抽出至级联真空管道4中，然后通过初级分子泵机组5将级联真空管道4中的气体抽出至钢筒6外的大气中。由于次级分子泵3处于MV量级的高压端，而初级分子泵机组处于地电位，两者之间的级联真空管道需要能承受高压。因此，该方案中所用的级联真空管道采用陶瓷绝缘环7与电极片8交替连接而成，电极片8之间通过高压分压电阻9连接，可以保证高压均匀地分布在每段绝缘磁环上。该方式可在解决气体排放的同时，利用多级分压的原理解决高压端对地击穿的问题，从而解决高压端高真空度获得的难题。

通过本发明所述的静电加速器高压端级联式真空获得方法，利用耐高压的级联真空管道和两级真空获得设备级联的方式，在保证耐高压的同时，也解决了高压端高真空度获得的问题，满足了高压端对高真空度的要求，推动了强流静电加速器技术的发展。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种加速器高压端级联式真空获得装置，其特征在于，所述装置包括依次相连接的次级分子泵机组、级联真空管道和初级分子泵机组，其中，

所述级联真空管道为多级分压绝缘真空管道。

2.根据权利要求1所述的加速器高压端级联式真空获得装置，其特征在于，所述级联真空管道包括多个串联的绝缘磁环。

3.根据权利要求2所述的加速器高压端级联式真空获得装置，其特征在于，所述绝缘磁环包括相连接的陶瓷绝缘环和电极片，每组的绝缘磁环的电极片间通过高压分压电阻相连接。

4.根据权利要求3所述的加速器高压端级联式真空获得装置，其特征在于，所述陶瓷绝缘环和所述电极片通过粘结连接起来。

5.根据权利要求1至4任一项所述的加速器高压端级联式真空获得装置，其特征在于，所述真空室位于密闭环境中。

6.根据权利要求5所述的加速器高压端级联式真空获得装置，其特征在于，所述密闭环境为钢筒。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述的加速器高压端级联式真空获得装置获得真空的方法，其特征在于，所述方法包括：

其中，所述级联真空管道将高压进行多级分压，以满足高压端对地绝缘的要求，同时实现气体的输送。

8.根据权利要求7所述的获得真空的方法，其特征在于，所述级联真空管道通过多个串联的绝缘磁环输送气体。

9.根据权利要求8所述的获得真空的方法，其特征在于，所述绝缘磁环通过陶瓷绝缘环和所述电极片连接以通过分压的方式满足绝缘的要求。

10.根据权利要求9所述的获得真空的方法，其特征在于，各绝缘磁环的所述电极片直接通过高压分压电阻连接；所述真空室所在的电压为MV量级的高压。