CN112038034A - 一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦 - Google Patents

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吕波
宾斌
杨洋
戴超
张洪明
符佳
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Abstract

本发明涉及一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦，包括杜瓦主腔体、杜瓦延伸腔体以及超高真空中心腔体；杜瓦主腔体包括杜瓦上腔体、杜瓦下腔体；其中杜瓦上腔体、杜瓦下腔体均为中空圆柱体，杜瓦延伸腔体为长方体，杜瓦上腔体和杜瓦下腔体在纵向上被一块圆形不锈钢隔板隔开，杜瓦上腔体和杜瓦下腔体都与侧面的杜瓦延伸腔体相连通；在圆形不锈钢隔板的径向上开有多个放射状的通光通道，圆形不锈钢隔板的中心有通孔，中心通孔上下装有刀口法兰，通过刀口法兰上下各连接一段精密加工的不锈钢管道，形成超高真空中心腔体，多个放射状的通光通道与超高真空中心腔体连通，通光通道外端口安装有窗口，用来做超高真空中心腔体的光谱观察、真空抽气、气体注入的通道。

Description

一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦
技术领域
本发明涉及超导磁体设备领域，具体是一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦。
背景技术
电子束离子阱(EBIT)是一种高电荷态离子观测和引出装置。在电子束离子阱装置中，电子束由电子枪发射出来，需要用磁场对电子束进行压缩，以提高电子密度，然后在离子阱中与原子或离子进行碰撞，从而产生高电荷态离子。对于低能EBIT，要求离子阱周围的磁场是一个高均匀磁场，磁场偏差小于±1‰，磁场强度约为1T。目前国内复旦大学的两台低能EBIT的磁体，一台采用的是永磁体来产生所需的磁场，一台采用的是高温超导产生所需的磁场。永磁体的缺点是磁场强度不可调，高温超导的缺点是在有限的尺寸条件下磁场强度很难做到1T，而且需要不断添加液氮对磁体进行冷却。采用制冷机传导冷却的低温超导磁体，可以做到磁场强度连续可调，磁场强度可以达到1T以上，同时没有液氮和液氦损耗，并且具有体积小重量轻的特点，更有利于装置的紧凑性。而对于低能EBIT，采用制冷机传导冷却的低温超导磁体产生磁场来压缩电子束，磁体杜瓦的结构设计尤为关键。
由于单一高电荷态离子产生的环境是超高真空环境，真空度要达到10-8Pa的量级，为了降低成本，如果不采用离子泵机组而采用分子泵机组想要达到如此高的真空环境，其腔室的体积势必要尽量做小。而低温超导磁体要维持超导状态，真空度达到10-5Pa量级就足够了，所以超高真空腔体要与磁体的腔体要隔绝，从而分别各采用一套分子泵机组对超高真空腔体和次级真空腔体进行抽真空，来达到装置的真空要求。
现有的超导磁体系统里面，不存在两个腔体，一般情况下，只有一个磁体的真空腔体，而不存在另外一个超高真空腔体，所以国内同行未见此类设计。基于电子束离子项目的设计需要，将这种超高真空腔体和磁体的真空腔体涉及到一起了，既要满足离子阱对超高真空的要求，同时又满足磁体线圈对真空度的要求，另外，为了保证超导磁体的正常工作，需要隔绝电子束对磁体系统的热负荷，两个真空腔体的并存和隔绝是本设计要解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，既能对不同真空腔体进行隔绝又能对离子阱(处于超高真空腔体中)进行光谱观测以及离子注入，同时还能实现磁体的制冷导冷，本发明提出了一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦。
本发明的技术方案为：一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦，包括杜瓦主腔体、杜瓦延伸腔体以及超高真空中心腔体；所述杜瓦主腔体包括杜瓦上腔体、杜瓦下腔体；
其中杜瓦上腔体、杜瓦下腔体均为中空圆柱体，杜瓦延伸腔体为长方体，杜瓦上腔体和杜瓦下腔体在纵向上被一块圆形不锈钢隔板隔开，杜瓦上腔体和杜瓦下腔体都与侧面的杜瓦延伸腔体相连通；在圆形不锈钢隔板的径向上开有多个放射状的通光通道，圆形不锈钢隔板的中心有通孔，中心通孔上有多个开孔与径向通光通道连通；在中心通孔上下装有刀口法兰，通过刀口法兰上下各连接一段不锈钢管道，两段不锈钢管道和隔板的中心通孔形成圆柱形的所述超高真空中心腔体；多个放射状的通光通道与超高真空中心腔体连通，通光通道外端口安装有法兰窗口，用来做中心腔体的光谱观察、真空抽气、气体注入的通道；杜瓦上、下腔体用来放置上下4.5K低温超导磁体，4.5K低温超导磁体采用制冷机传导冷却方式制冷，杜瓦延伸腔体用来放置导冷部件；所述杜瓦上、下腔体和杜瓦延伸腔体的真空度相同，为次级真空腔体，次级真空的真空度量级为10-5Pa。圆形不锈钢隔板上的通光通道与超高真空中心腔体的真空度相同，为超高真空腔体，所述超高真空的真空度量级为10- 8Pa。
进一步的，所述次级真空腔体真空度量级为10-5Pa，能够降低低温超导的漏热；超高真空腔体的真空度量级为10-8Pa，用于单一高电荷态离子的产生环境。
进一步的，杜瓦主腔体的直径为400mm，高400mm，圆形隔板上观察孔的直径为7～19mm，超高真空中心腔体的直径为19～25mm，高为400mm。
进一步的，杜瓦延伸腔体上侧设置制冷机接口，下侧设置抽气接口和航插接口。
有益效果：
本发明装置为实现低能EBTI采用制冷机传导冷却制冷低温超导磁场来约束电子束，从而产生高电荷态离子的功能，采用圆形隔板打孔的方式，实现了不同真空腔体的隔离，同时实现了核心区域超高真空中心腔体的光谱观测和离子注入，真空抽气的功能，国内未见此类设计。本装置也可以用于其他小型低温超导磁体设备的设计中。
附图说明
图1为本发明一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦的总体结构；
图2为本发明一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦的截面；
图3为本发明一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦圆形隔板的剖视图。
附图标记说明：1为超高真空中心腔体，2为杜瓦主腔体，3为窗口，4为圆形不锈钢隔板，5为制冷机接口，6为杜瓦延伸腔体，7为抽气接口，8为航插接口，9为杜瓦上腔体，10为杜瓦下腔体，11为通光通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，提出一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦，包括杜瓦主腔体2、杜瓦延伸腔体6以及超高真空中心腔体1；
其中杜瓦主腔体2为圆柱体，杜瓦延伸腔体6为长方体，杜瓦主腔体2包括杜瓦上腔体9和杜瓦下腔体10，杜瓦上腔体和杜瓦下腔体由一块圆形不锈钢隔板4隔开，但是都与杜瓦延伸腔体相连通。超高真空中心腔体1也是中空圆柱体，处于杜瓦主腔体2之中，但是不与杜瓦主腔体2连通，在杜瓦上下腔体之间的不锈钢隔板圆周上开多个放射状的通光通道11与中心真空腔体连通，通光通道11外端口安装有窗口3，用来做光谱观察、真空抽气、气体注入的通道；所述通光通道11的数量为多个，可选的为3-10个。
低温超导磁体为制冷机制冷传导冷却方式，杜瓦上腔体9、杜瓦下腔体10用来放置上下超导磁体，杜瓦延伸腔体6用来放置导冷部件。所以杜瓦上腔体9、杜瓦下腔体10和杜瓦延伸腔体6的真空度相同，可称为次级真空腔体，圆形不锈钢隔板4上的通光通道11与超高真空中心腔体1的真空度相同，称为超高真空腔体。
进一步的，所述磁体杜瓦主腔体2为小型杜瓦，杜瓦主腔体2的直径为400mm，高400mm，通光通道的直径为7～19mm，超高真空中心腔体1的直径为19～25mm，高为400mm，实现了装置的小型紧凑，这在满足磁体要求和光谱观测的同时，又可以降低研制成本。
杜瓦延伸腔体6上侧设置制冷机接口5，下侧设置抽气接口7和航插接口8。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦，其特征在于，包括：
杜瓦主腔体、杜瓦延伸腔体以及中心超高真空中心腔体；所述杜瓦主腔体包括杜瓦上腔体、杜瓦下腔体；
其中杜瓦上腔体、杜瓦下腔体均为中空圆柱体，杜瓦延伸腔体为长方体，杜瓦上腔体和杜瓦下腔体在纵向上被一块圆形不锈钢隔板隔开，杜瓦上腔体和杜瓦下腔体都与侧面的杜瓦延伸腔体相连通；在圆形不锈钢隔板的径向上开有多个放射状的通光通道，圆形不锈钢隔板的中心有通孔，中心通孔上有多个开孔与径向通光通道连通；在中心通孔上下装有刀口法兰，通过刀口法兰上下各连接一段不锈钢管道，两段不锈钢管道和隔板的中心通孔形成圆柱形的所述超高真空中心腔体；多个放射状的通光通道与超高真空中心腔体连通，通光通道外端口安装有法兰窗口，用来做中心腔体的光谱观察、真空抽气、气体注入的通道；
杜瓦上、下腔体用来放置上下4.5K低温超导磁体，4.5K低温超导磁体采用制冷机传导冷却方式制冷，杜瓦延伸腔体用来放置导冷部件；所述杜瓦上、下腔体和杜瓦延伸腔体的真空度相同，为次级真空腔体，次级真空的真空度量级为10-5Pa；圆形不锈钢隔板上的通光通道与超高真空中心腔体的真空度相同，为超高真空腔体，所述超高真空的真空度量级为10- 8Pa。
2.根据权利要求1所述的一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦，其特征在于：
所述次级真空腔体真空度量级为10-5Pa，能够降低低温超导的漏热；超高真空腔体的真空度量级为10-8Pa，用于单一高电荷态离子的产生环境。
3.根据权利要求1所述的一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦，其特征在于：杜瓦主腔体的直径为400mm，高400mm，圆形不锈钢隔板上通光通道的直径为7～19mm，超高真空中心腔体的直径为19～25mm，高为400mm。
4.根据权利要求1所述的一种小型双真空腔体低温超导磁体杜瓦，其特征在于：杜瓦延伸腔体上侧设置制冷机接口，下侧设置抽气接口和航插接口。
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