CN112130191A - 一种集成化多功能束流诊断和准直设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成化多功能束流诊断和准直设备,包括布设在六孔真空盒内的同一个平面上的分别沿着径向串联排布的多组设备、该分别沿着径向串联排布的多组设备之间间隔一定角度;该六孔真空盒前后面中心孔处为束流通道;该分多组设备分别与真空盒外部的与多组设备间隔相同角度的法兰组件相连接、再通过各自的法兰组件与多组设备间隔相同角度的气缸相连接;所述与多组设备间隔相同角度的气缸共用一个配气柜、该配气柜连接控制系统,控制系统控制同一平面内的多个束流诊断和准直设备分时共用束流线上的同一个位置。本发明由改进前多个设备沿着束流线串行排布,改进为将多个设备在同平面径向排布和多角度排布,节省要素取得了同样的效果。
Description
技术领域
本发明属于粒子束流诊断技术领域,具体涉及一种用于粒子束流诊断和准直的装置。
背景技术
在粒子加速器及粒子束流线的设计中,通常需要束流诊断装置用来探测粒子的流强、截面尺寸等信息。常规的测量束流强度的元器件为法拉第筒,测量束流位置及截面的元器件为丝扫描装置。此外,束流线上通常还需要有荧光靶等设备来直接观测束流,需要有准直器来进行束流的整形。但是对于一些结构比较紧凑的束流线,在束流线上没有足够的空间来安装多个诊断设备。如图5所示,图中的10号为加速器、11为从加速器引出的束流线,20为磁铁元件,30为四组束流诊断和准直设备,四组设备包括准直器30-1、丝扫描30-2、荧光靶30-3、法拉第筒30-4。现有技术将这四类设备沿束流线方向前后串联布设,每一类设备独立占用束流线上一段位置。当设备工作时,每类设备最上层的气缸向下推动法兰组件、法兰组件向下推动测试元件、测试元件向下进入真空室并对准真空室中心的束流孔道,从而完成测试。
现有技术这种将多个设备沿着束流线串联排布的方式由于占用束流线过多,使得束流线整体加长,对于一些受厂房尺寸限制的束流线,将产生布局上的困难;对于特殊场合应用如布设在质子治疗旋转机架上的束流线,束流线加长就会使得架设束流线的旋转机架整体加长,进而使得旋转机架的尺寸和重量均增大,旋转机架一般重达200吨已经是极限重量,如果束流线再加长就会使得旋转机架超出200吨的极限,医院治疗现场将会因为超长超重的质子治疗旋转机架而不得不大动土木工程、重新改造治疗室,其结果加大了医院的治疗成本,直接影响质子治疗的推广和应用。因此,当今质子治疗旋转机架以缩短长度为手段的小型化和轻量化旋转机架已经成为本领域追求的目标。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种多功能束流诊断及准直设备,该装备可实现束流流强、束流位置及截面的测量,同时可以实现束流的准直和可视化,满足束流调试需求,该设备在束流线轴向空间只占一个元器件位置,大幅度节省了束流空间。
本发明为解决其技术问题提出以下技术方案
一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:包括布设在六孔真空盒内的同一个平面上的分别沿着径向串联排布的多组设备、该分别沿着径向串联排布的多组设备之间间隔一定角度;该六孔真空盒前后面中心孔处为束流通道;所述分别沿着径向串联排布的多组设备分别与真空盒外部的与多组设备间隔相同角度的法兰组件相连接、再通过各自的法兰组件与多组设备间隔相同角度的气缸相连接;所述与多组设备间隔相同角度的气缸共用一个配气柜、该配气柜连接控制系统,控制系统控制同一平面内的多个束流诊断和准直设备分时共用束流线上的同一个位置。
所述间隔一定角度包括90度的间隔角度,所述多组设备包括两组设备;在六孔真空盒前后面之间的同一个平面内布设有相互垂直的两组元器件,该两组元器件以该六孔真空盒前后面中心孔为目标点可上下或左右移动,分别为水平方向的元器件和垂直方向的元器件、且该两组元器件各一字形串联多个诊断元件;各一字形诊断元件的外端分别与真空盒外部的水平方向法兰组件或垂直方向法兰组件相连接、再通过各自的法兰组件与水平方向气缸或垂直方向气缸相连接;所述水平方向气缸和垂直方向气缸共用一个配气柜、该配气柜连接控制系统。
该六孔真空盒包括方形六孔真空盒,该方形六孔真空盒有2个孔是束流通道孔,2个孔用于诊断元件,1个孔连真空泵,另1个连摄像头;该2个束流通道孔布设于真空盒前后面中心处;该2个诊断元件孔分别布设于真空盒外围一对相邻且相互垂直的两个侧面上,该1个连真空泵的孔和1个连摄像头的孔分别布设于真空盒外围另一对相邻且相互垂直的两个侧面上。
所述垂直方向一字排列的元器件从上至下包括准直器和法拉第筒,该准直器的上端连接垂直方向的气缸、下端连接法拉第筒;所述水平方向一字排列的元器件从外到里包括丝扫描和荧光靶,该丝扫描左端连接水平方向的气缸,右端连接荧光靶。
所述垂直方向法兰组件或水平方向法兰组件均包括三层,最上层或最左层的为静态法兰、中间层为动态法兰、最下层或最右层的为密封法兰;上层和下层的法兰、以及左层和右层的法兰均为空芯法兰,上层或左层法兰的空芯法兰用于安装垂直方向气缸或水平方向气缸头部,下层或右层法兰的空芯法兰用于安装垂直方向的长杆或水平方向的长杆;垂直方向或水平方向法兰组件中间层的动态法设有螺纹孔,螺纹孔上端或左端与水平方向或垂直方向气缸头部螺纹连接,螺纹孔下端或右端与水平方向或垂直方向长杆相连接;
所述准直器上端连接垂直方向的气缸,具体为:准直器连接垂直方向长杆、该垂直方向长杆连接垂直方向密封法兰、该密封法兰连接垂直方向动态法兰、该动态法兰连接垂直方向静态法兰、该静态法兰连接垂直方向气缸头部;所述该丝扫描左端连接水平方向的气缸,具体为:该丝扫描连接水平方向长杆、该长杆连接水平方向密封法兰、该密封法兰连接水平方向动态法兰、该动态法兰连接水平方向静态法兰、该静态法兰连接水平方向气缸头部。
当使用水平方向的设备改为使用垂直方向的设备时,水平方向的设备完全拔出:控制系统向配气柜发指令,配气柜控制水平方向的气缸动作、水平方向的气缸带动水平方向设备完全拔出真空盒的束流中心;当使用垂直方向的设备改为使用水平方向的设备时,垂直方向的设备完全拔出:控制系统向配气柜发指令,配气柜控制垂直方向的气缸动作、垂直方向的气缸带动垂直方向设备完全拔出真空盒的束流中心。
所述垂直方向的元器件,通常状态下,准直器插入在束流中心、用于束流的整形;当采用法拉第筒测量束流强度时,控制系统向配气柜发送指令,配气柜控制垂直方向的气缸阀门打开,垂直方向气缸带动该方向设备向上拔出,使得准直器离开束流中心而将法拉第筒置于束流中心;当使用水平方向设备的荧光靶观察束流时,控制系统控制垂直方向的设备完全拔出、且控制系统向配气柜发送指令,配气柜控制水平方向的气缸阀门打开,水平方向气缸推动该方向设备前进、将法荧光靶置于束流中心;当继续使用水平方向设备的丝扫描测量束流时,控制系统继续通过配气柜控制水平方向设备向前移动,直至将丝扫描对准束流。
所述控制系统连接电脑操作台,当使用多功能束流诊断和准直设备时,人工通过电脑操作台向控制系统发送指令。
本发明的优点效果
1、本发明通过改变设备之间的相对位置:由改进以前将多个设备沿着束流线串行排布,改进为将多个设备在同一个平面内径向排布和多角度排布,改进后节省了要素取得了同样的效果,将原先的4个真空室省略为1个真空室,将原先4个气缸省略为2个气缸,将原先4套法兰组件省略为2套法兰组件。省略要素后不仅达到改进前的同样效果,而且由于4套设备共用束流线的同一个位置,测量数据都是针对同一个位置,相比改进前多个设备对束流线的不同位置测量,测量结果更加精确。
2、根据本发明所提供的一种可视束流的多功能束流诊断及准直设备,可以使得多种常用诊断及准直元件紧凑化,进而有效的减小诊断元件在束流线中占据的空间。
附图说明
图1为本发明的束流诊断设备采用准直器准直束流示意图;
图2为本发明的束流诊断设备采用法拉第筒测量束流示意图;
图3为本发明的束流诊断设备采用荧光靶测量束流示意图;
图4为本发明的束流诊断设备采用丝扫描测量束流示意图;
图5为现有技术的束流诊断和准直多设备分段占用束流线位置示意图;
图6为本发明的束流诊断和准直设备多设备共用一个束流线位置示意图;
图中,0:真空室;1:垂直方向的汽缸;2:准直器;3:法拉第筒;4:水平方向的汽缸;5:丝扫描;6:荧光靶;7:六通;8-1:垂直方向法兰组件;8-2:水平方向法兰组件;9-1:垂直方向长杆;9-2:水平方向长杆。
10:加速器;20:磁铁;30:束流诊断和准直设备;30-1:准直器;30-2:法拉第筒;3-3:丝扫描;3-4:荧光靶;40:靶。
具体实施方式
本发明设计原理
1、改变元素之间相对位置关系:将设备之间的线性间隔消化为同一平面的角向间隔和径向间隔。具体为布设束流诊断和准直设备时,变沿着束流线轴向的多位置布设为同一平面内的多角度布设+径向布设。图5中,30-1、30-2、30-3、30-4为改进前的轴向的多位置布设,改进后将30-1、30-2、30-3、30-4放到了同真空盒内的一个平面上,在同一个平面上采用开设水平方向和垂直方向两个角度、并在每个角度方向上进一步径向串联布设的方法,这样就将原先的线性间隔消化为同一平面的角向间隔和径向间隔
2、借用元素之间共性省略要素。借用4个真空盒的作用均为通过束流的共性,将其中1个代替其他3个;借用4个气缸均为线性推拉设备的特性,用1个气缸推拉2套设备,从而省去2个气缸;借用4套法兰组件同为承上启下(一端连接气缸另一端连接设备)的特性,用1套法兰组件承上启下2套设备,从而省去2套法兰组件。图5改进为图6以后,原先的4个真空室省略为1个真空室,原先4个气缸省略为2个气缸,原先4套法兰组件省略为2套法兰组件。省略要素后不仅达到改进前的同样效果,而且由于4套设备共用束流线的同一个位置,测量数据都是针对同一个位置,相比改进前针对束流线的不同位置测量,测量结果更加精确。
3、兼顾省略要素和方便实用。虽然在同一个平面内采用1组气缸和1个法兰组件串联4类设备(准直器、法拉第筒、丝扫描、荧光靶)也可以实现束流线长度方向省空间的效果,但虽然节省了束流线长度方向空间,却加大了束流线横向空间,由于横向串联4类设备使得整套设备过长,同样占用空间,因此本发明兼顾了两种长度的需求,采用同一个平面内径向排布和角向排布相结合的方式。
根据以上发明原理,本发明设计了一种一种集成化多功能束流诊断和准直设备。
一种集成化多功能束流诊断和准直设备,包括布设在六孔真空盒内的同一个平面上的分别沿着径向串联排布的多组设备、该分别沿着径向串联排布的多组设备之间间隔一定角度;该六孔真空盒前后面中心孔处为束流通道;所述分别沿着径向串联排布的多组设备分别与真空盒外部的间隔一定角度的法兰组件相连接、再通过各自的法兰组件与间隔一定角度的气缸相连接;所述间隔一定角度的气缸共用一个配气柜、该配气柜连接控制系统,控制系统控制同一平面内的多个束流诊断和准直设备分时共用束流线上的同一个位置。
如图1-4所示,所述间隔一定角度包括90度的间隔角度,所述多组设备包括两组设备。在六孔真空盒0前后面之间的同一个平面内布设有相互垂直的两组元器件,该两组元器件以该六孔真空盒前后面中心孔为目标点可上下或左右移动,分别为水平方向的元器件和垂直方向的元器件、且该两组元器件各一字形串联多个诊断元件;各一字形诊断元件的外端分别与真空盒外部的水平方向法兰组件8-1或垂直方向法兰组件8-2相连接、再通过各自的法兰组件与水平方向气缸4或垂直方向气缸1相连接;所述水平方向气缸4和垂直方向气缸1共用一个配气柜、该配气柜连接控制系统。
如图1-4所示,该六孔真空盒0包括方形六孔真空盒,该方形六孔真空盒有2个孔是束流通道孔,2个孔用于诊断元件,1个孔连真空泵,另1个连摄像头;该2个束流通道孔布设于真空盒前后面中心处;该2个诊断元件孔分别布设于真空盒外围一对相邻且相互垂直的两个侧面上,该1个连真空泵的孔和1个连摄像头的孔分别布设于真空盒外围另一对相邻且相互垂直的两个侧面上。
如图1-4所示,所述垂直方向一字排列的元器件从上至下包括准直器2和法拉第筒3,该准直器2的上端连接垂直方向的气缸1、下端连接法拉第筒3;所述水平方向一字排列的元器件从外到里包括丝扫描5和荧光靶6,该丝扫描5左端连接水平方向的气缸4,右端连接荧光靶6。
如图1-4所示,所述垂直方向法兰组件8-1或水平方向法兰组件8-2均包括三层,最上层或最左层的为静态法兰(8-1-1)、中间层为动态法兰8-1-2、最下层或最右层的为密封法兰8-1-3;上层和下层的法兰、以及左层和右层的法兰均为空芯法兰,上层或左层法兰的空芯法兰用于安装垂直方向气缸1或水平方向汽缸4头部,下层或右层法兰的空芯法兰用于安装垂直方向的长杆9-1或水平方向的长杆9-2;垂直方向或水平方向法兰组件中间层的动态法设有螺纹孔,螺纹孔上端或左端与水平方向或垂直方向汽缸头部螺纹连接,螺纹孔下端或右端与水平方向或垂直方向长杆相连接;
所述准直器2上端连接垂直方向的气缸1,具体为:准直器2连接垂直方向长杆9-1、该垂直方向长杆9-1连接垂直方向密封法兰组件8-1-3、该密封法兰8-1-3连接垂直方向动态法兰8-1-2、该动态法兰8-1-2连接垂直方向静态法兰8-1-1、该静态法兰8-1-1连接垂直方向汽缸头部1;所述该丝扫描5左端连接水平方向的气缸4,具体为:该丝扫描5连接水平方向长杆9-2、该长杆9-2连接水平方向密封法兰8-2-3、该密封法兰8-2-3连接水平方向动态法兰8-2-2、该动态法兰8-2-2连接水平方向静态法兰8-2-1、该静态法兰8-2-1连接水平方向气缸头部4。
当使用水平方向的设备改为使用垂直方向的设备时,水平方向的设备完全拔出:控制系统向配气柜发指令,配气柜控制水平方向的气缸动作、水平方向的气缸带动水平方向设备(5,6)完全拔出真空盒的束流中心;当使用垂直方向的设备改为使用水平方向的设备时,垂直方向的设备完全拔出:控制系统向配气柜发指令,配气柜控制垂直方向的气缸动作、垂直方向的气缸带动垂直方向设备(2,3)完全拔出真空盒的束流中心。
补充说明:
如图3所示,所述法拉第筒3形状类似一个铜板,束流打在该铜板上被铜板收集、通过铜板上单位时间收集的粒子计算束流流强;所述准直器2形状类似铜板中心的一个圆孔,该圆孔直径按照所需要束流截面设计,在圆孔内的粒子允许通过、圆孔外的粒子被打散;所述荧光靶6为石英玻璃屏,束流打到石英玻璃屏时,通过摄像头会看到该处的蓝色光,从而观察到束流的形状;所述丝扫描5形状为一个U形金属框,U形金属框布设有金属丝,当U形金属框运行时,随着丝的运动,在不同位置收集的粒子数不同,从而将束流截面画出来。
如图1-4所示,所述垂直方向的元器件(2,3),通常状态下,准直器2插入在束流中心、用于束流的整形;当采用法拉第筒3测量束流强度时,控制系统向配气柜发送指令,配气柜控制垂直方向的气缸阀门打开,垂直方向气缸带动该方向设备(2,3)向上拔出,使得准直器2离开束流中心而将法拉第筒3置于束流中心;当使用水平方向设备的荧光靶6观察束流时,控制系统控制垂直方向的设备(2,3)完全拔出、且控制系统向配气柜发送指令,配气柜控制水平方向的气缸阀门打开,水平方向气缸推动该方向设备(5,6)前进、将法荧光靶6置于束流中心;当继续使用水平方向设备的丝扫描测量束流时,控制系统继续通过配气柜控制水平方向设备向前移动,直至将丝扫描对准束流。
所述控制系统连接电脑操作台,当使用多功能束流诊断和准直设备时,人工通过电脑操作台向控制系统发送指令。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:包括布设在六孔真空盒内的同一个平面上的分别沿着径向串联排布的多组设备、该分别沿着径向串联排布的多组设备之间间隔一定角度;该六孔真空盒前后面中心孔处为束流通道;所述分别沿着径向串联排布的多组设备分别与真空盒外部的与多组设备间隔相同角度的法兰组件相连接、再通过各自的法兰组件与多组设备间隔相同角度的气缸相连接;所述与多组设备间隔相同角度的气缸共用一个配气柜、该配气柜连接控制系统,控制系统控制同一平面内的多个束流诊断和准直设备分时共用束流线上的同一个位置。
2.根据权利要求1一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:所述间隔一定角度包括90度的间隔角度,所述多组设备包括两组设备;在六孔真空盒前后面之间的同一个平面内布设有相互垂直的两组元器件,该两组元器件以该六孔真空盒前后面中心孔为目标点可上下或左右移动,分别为水平方向的元器件和垂直方向的元器件、且该两组元器件各一字形串联多个诊断元件;各一字形诊断元件的外端分别与真空盒外部的水平方向法兰组件或垂直方向法兰组件相连接、再通过各自的法兰组件与水平方向气缸或垂直方向气缸相连接;所述水平方向气缸和垂直方向气缸共用一个配气柜、该配气柜连接控制系统。
3.根据权利要求2所述一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:该六孔真空盒包括方形六孔真空盒,该方形六孔真空盒有2个孔是束流通道孔,2个孔用于诊断元件,1个孔连真空泵,另1个连摄像头;该2个束流通道孔布设于真空盒前后面中心处;该2个诊断元件孔分别布设于真空盒外围一对相邻且相互垂直的两个侧面上,该1个连真空泵的孔和1个连摄像头的孔分别布设于真空盒外围另一对相邻且相互垂直的两个侧面上。
4.根据权利要求2所述一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:所述垂直方向一字排列的元器件从上至下包括准直器和法拉第筒,该准直器的上端连接垂直方向的气缸、下端连接法拉第筒;所述水平方向一字排列的元器件从外到里包括丝扫描和荧光靶,该丝扫描左端连接水平方向的气缸,右端连接荧光靶。
5.根据权利要求2所述一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:所述垂直方向法兰组件或水平方向法兰组件均包括三层,最上层或最左层的为静态法兰、中间层为动态法兰、最下层或最右层的为密封法兰;上层和下层的法兰、以及左层和右层的法兰均为空芯法兰,上层或左层法兰的空芯法兰用于安装垂直方向气缸或水平方向气缸头部,下层或右层法兰的空芯法兰用于安装垂直方向的长杆或水平方向的长杆;垂直方向或水平方向法兰组件中间层的动态法设有螺纹孔,螺纹孔上端或左端与水平方向或垂直方向气缸头部螺纹连接,螺纹孔下端或右端与水平方向或垂直方向长杆相连接。
6.根据权利要求4所述一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:所述准直器上端连接垂直方向的气缸,具体为:准直器连接垂直方向长杆、该垂直方向长杆连接垂直方向密封法兰、该密封法兰连接垂直方向动态法兰、该动态法兰连接垂直方向静态法兰、该静态法兰连接垂直方向气缸头部;所述该丝扫描左端连接水平方向的气缸,具体为:该丝扫描连接水平方向长杆、该长杆连接水平方向密封法兰、该密封法兰连接水平方向动态法兰、该动态法兰连接水平方向静态法兰、该静态法兰连接水平方向气缸头部。
7.根据权利要求2所述一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:当使用水平方向的设备改为使用垂直方向的设备时,水平方向的设备完全拔出:控制系统向配气柜发指令,配气柜控制水平方向的气缸动作、水平方向的气缸带动水平方向设备完全拔出真空盒的束流中心;当使用垂直方向的设备改为使用水平方向的设备时,垂直方向的设备完全拔出:控制系统向配气柜发指令,配气柜控制垂直方向的气缸动作、垂直方向的气缸带动垂直方向设备完全拔出真空盒的束流中心。
8.根据权利要求2所述一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:所述垂直方向的元器件,通常状态下,准直器插入在束流中心、用于束流的整形;当采用法拉第筒测量束流强度时,控制系统向配气柜发送指令,配气柜控制垂直方向的气缸阀门打开,垂直方向气缸带动该方向设备向上拔出,使得准直器离开束流中心而将法拉第筒置于束流中心;当使用水平方向设备的荧光靶观察束流时,控制系统控制垂直方向的设备完全拔出、且控制系统向配气柜发送指令,配气柜控制水平方向的气缸阀门打开,水平方向气缸推动该方向设备前进、将法荧光靶置于束流中心;当继续使用水平方向设备的丝扫描测量束流时,控制系统继续通过配气柜控制水平方向设备向前移动,直至将丝扫描对准束流。
9.根据权利要求1所述一种集成化多功能束流诊断和准直设备,其特征在于:所述控制系统连接电脑操作台,当使用多功能束流诊断和准直设备时,人工通过电脑操作台向控制系统发送指令。
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CN (1) | CN112130191A (zh) |
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2020
- 2020-09-29 CN CN202011051324.XA patent/CN112130191A/zh active Pending
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