CN112689377B - 一种用于提高离子电荷态的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高离子电荷态的装置，包括膜架、膜架安装架、真空腔体、真空波纹管密封机构、驱动机构、基座和传动杆；膜架用于安装碳膜；膜架安装架伸入真空腔体内，且在膜架安装架上沿真空腔体的深度方向间隔布置多个膜架；真空腔体密封连接在真空波纹管密封机构的前端；传动杆的前端穿过真空波纹管密封机构伸入真空腔体内，并与膜架安装架相连接；真空波纹管密封机构和传动杆的后端均与驱动机构相连接；真空波纹管密封机构和驱动机构均设置在基座上；本发明能够实现在不破坏真空环境的情况下更换碳膜，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本，大大提高加速器的运行效率。

Description

一种用于提高离子电荷态的装置

技术领域

本发明涉及一种加速器中用于提高离子电荷态的装置，属于加速器技术领域。

背景技术

在加速器中，离子源所产生的离子被初步加速到高压电极后，需要经过电子剥离装置提高离子的电荷态，从而使离子在同样电场下得到更高的能量，特别是在加速器储存环中轻离子的注入通常采用剥离注入的方式。因此用于提高离子电荷态的装置是重离子加速器的重要装置。由于碳的熔点高，化学稳定性好，制成碳膜的机械强度高，所以加速器一般采用碳膜作为重离子核外电荷的剥离体以获得更高的电荷态。例如国内已建成的兰州重离子冷却存储环，武威重离子加速器和在建的兰州重离子肿瘤治疗中心项目。

加速器中设备数量众多，结构复杂，空间位置受限，加速器真空为超高真空，每次更换碳膜都会引起真空环境的破坏，需要重新抽真空，大大增加安装时间，降低工作效率，同时大大增加了加速器的运行成本。为了使得加速器中电子剥离装置结构更加紧凑，工作效率更高，运动精度高，无需破真空更换不同类型的碳膜，亟需研制一种专用的提高离子电荷态的装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于提高离子电荷态的装置，该装置能够在不破坏真空环境的情况下更换碳膜，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本，大大提高加速器的运行效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于提高离子电荷态的装置，包括膜架、膜架安装架、真空腔体、真空波纹管密封机构、驱动机构、基座和传动杆；

所述膜架用于安装碳膜；所述膜架安装架伸入所述真空腔体内，且在所述膜架安装架上沿所述真空腔体的深度方向间隔布置多个所述膜架；所述真空腔体密封连接在所述真空波纹管密封机构的前端；所述传动杆的前端穿过所述真空波纹管密封机构伸入所述真空腔体内，并与所述膜架安装架相连接；所述真空波纹管密封机构和传动杆的后端均与所述驱动机构相连接；所述真空波纹管密封机构和驱动机构均设置在所述基座上。

在一些实施例中，所述膜架包括固定座和膜框，所述固定座截面呈T形，所述膜框可拆卸地连接在所述固定座的下部，所述膜框的中间形成有圆孔，所述膜框上粘贴有所需厚度的碳膜。

在一些实施例中，所述膜架安装架包括条形支架以及沿所述条形支架间隔开设的多个安装卡槽；每一所述安装卡槽内插置一所述膜架，所述膜架的固定座嵌设在安装卡槽内，所述膜框分布于所述条形支架的下方。

在一些实施例中，所述真空腔体采用扁长型腔体，所述真空腔体的侧壁上设置有观察窗和摄像头组件，所述观察窗安装反光镜，所述摄像头组件通过反光镜远程观测所述真空腔体内部碳膜的状态。

在一些实施例中，所述真空腔体通过可拆卸CF刀口法兰与所述真空波纹管密封机构连接，所述真空腔体上两侧壁的相对位置上开设与束流管道相连的两真空安装接口。

在一些实施例中，所述驱动机构包括设置在基座上的驱动电机和传动组件，所述驱动电机通过所述传动组件与所述传动杆以及真空波纹管密封机构的后端连接。

在一些实施例中，所述传动组件包括导轨、丝杠和滑块，所述导轨设置所述基座上，所述滑块滑动设置在所述导轨上，所述丝杠与滑块螺纹配合，所述丝杠与所述驱动电机连接，所述传动杆和真空波纹管密封机构的后端连接在所述滑块上。

在一些实施例中，还包括支撑调节机构，所述支撑调节机构包括台架、滑移面板、水平驱动部和竖直升降部；所述滑移面板放置于所述台架的顶面；所述水平驱动部设置在所述台架上，并与所述滑移面板连接，被配置为驱动所述滑移面板在所述台架的顶面沿第一方向和第二方向移动，所述第一方向和第二方向相互正交且平行于所述台架顶面；所述竖直升降部设置在所述滑移面板的顶面上，并与所述基座相连接，被配置为驱动所述基座沿垂直于所述台架顶面的第三方向作升降运动。

在一些实施例中，所述水平驱动部包括分别在所述台架沿第一方向的两侧设置的至少两第一驱动件，分别在台架沿第二方向的两侧设置的至少两第二驱动件，第一驱动件和第二驱动件的驱动端分别抵顶在对应侧的所述滑移面板外边缘上；所述竖直升降部包括竖向设置在所述滑移面板的顶面上的伸缩机构。

在一些实施例中，所述驱动机构还包括前限位组件、后限位组件和位移检测组件，所述前限位组件和后限位组件沿所述导轨的长度方向间隔设置在所述基座上，并被配置为对所述滑块沿所述导轨的运动进行限位；所述位移检测组件与滑块连接，并被配置为检测所述滑块的位移。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：1、本发明提供的用于提高离子电荷态的装置，利用驱动机构驱动真空波纹管密封机构作收缩和伸张运动，带动传动杆在真空腔体内作线性运动，进而带动膜架安装架连同膜架在真空腔体内移动，使得膜架安装架上的多个膜架位置发生变换，膜架安装架上的所需碳膜移动至指定的束流中心位置，即实现在不破坏真空环境的情况下更换碳膜，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本，大大提高加速器的运行效率。2、本发明提供的用于提高离子电荷态的装置，将真空腔体设置为扁长型腔体，有效减小纵向占用空间，真空腔体侧壁设置有真空观察窗、光镜与摄像头组件，摄像头通过反光镜可远程观测真空腔体内部碳膜的状态，不需要停机进行人员现场检查，大大提高装置工作效率。3、本发明提供的用于提高离子电荷态的装置中，膜架安装架有若干安装卡槽，用于固定若干数量的载有碳膜的膜架，一次操作可安装多个碳膜，避免每次换膜的不便，提高工作效率。

本发明提供的用于提高离子电荷态的装置，具有准确性高和较高装载量的优点，能够在不破坏真空环境的情况下可更换不同碳膜，具有结构简单、使用方便、可靠性高、工作效率高以及成本低的特点，可为加速器的运行和后期维护提供可靠的服务。

附图说明

图1是本公开一实施例提供的一种用于提高离子电荷态的装置的示意图；

图2是本公开一实施例提供的一种用于提高离子电荷态的装置的示意图；

图3是图2的局部放大示意图；

图4是本公开一实施例提供的一种用于提高离子电荷态的装置的膜架的示意图；

图5是本公开一实施例提供的一种用于提高离子电荷态的装置的膜架安装架的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本公开实施例提供一种用于提高离子电荷态的装置，包括膜架、膜架安装架、真空腔体、真空波纹管密封机构、驱动机构、基座和传动杆；膜架用于安装碳膜；膜架安装架伸入真空腔体内，且在膜架安装架上沿真空腔体的深度方向间隔布置多个膜架；真空腔体密封连接在真空波纹管密封机构的前端；传动杆的前端穿过真空波纹管密封机构伸入真空腔体内，并与膜架安装架相连接；真空波纹管密封机构和传动杆的后端均与驱动机构相连接；真空波纹管密封机构和驱动机构均设置在基座上。通过驱动机构带动真空波纹管密封机构作压缩和伸长运动，传动杆作前后移动，进而带动膜架安装架连同膜架一起在真空腔体内的线性移动，实现膜架安装架上的多个膜架位置发生变换，膜架安装架上的所需厚度的碳膜移动至指定的束流中心位置，即实现在不破坏真空环境的情况下更换碳膜，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本，大大提高加速器的运行效率。

下面，结合附图对本公开实施例提供的一种用于提高离子电荷态的装置进行详细的说明。

如图1、图2所示，本公开一实施例提供一种用于提高离子电荷态的装置，包括膜架1、膜架安装架2、真空腔体3、真空波纹管密封机构4、驱动机构5、基座6和传动杆7；

膜架1用于安装碳膜；膜架安装架2伸入真空腔体3内，且在膜架安装架2上沿真空腔体3的深度方向间隔布置多个膜架1；真空腔体3密封连接在真空波纹管密封机构4的前端；传动杆7的前端穿设过真空波纹管密封机构4伸入真空腔体3内，并与膜架安装架2相连接；真空波纹管密封机构4和传动杆7的后端均与驱动机构5相连接，真空波纹管密封机构4和驱动机构5均设置在基座6上。

在一些示例中，如图4所示，膜架1包括固定座11和膜框12，固定座11截面呈 T形，膜框12可拆卸地连接在固定座11的下部，膜框12的中间形成有圆孔，膜框12 上能够粘贴有所需厚度的碳膜。

在一些示例中，如图5所示，膜架安装架2包括条形支架21以及沿条状支架21 长度方向间隔开设的多个安装卡槽22；每一安装卡槽22内插置一膜架1，膜架1的固定座11嵌设在安装卡槽22内，以使膜架1固定在膜架槽2上，膜框12分布于条状支架21的下方。

在一些示例中，真空腔体3采用扁长型腔体，以有效减小装置的纵向占空间，真空腔体3的侧壁上设置有真空观察窗和摄像头组件，真空观察窗上安装反光镜，摄像头组件通过反光镜远程实时观测真空腔体3内部碳膜的状态，确定碳膜是否完整无破裂，不需要停机进行人员进场检查，大大提高装置工作效率。

在一些示例中，在真空腔体3上两侧壁的相对位置上开设与束流管道相连的两真空安装接口，整个装置通过两真空安装接口可方便地连接并安装到加速器束线上。

在一些示例中，真空腔体3通过可拆卸CF刀口法兰与真空波纹管密封机构4连接，方便拆装密封，以便于碳膜的安装。

在一些示例中，真空波纹管密封机构4包括真空波纹管以及安装在真空波纹管两端的两CF法兰。

在一些示例中，如图1、图2所示，驱动机构5包括设置在基座6上的驱动电机 51和传动组件52，驱动电机51通过传动组件52与传动杆以及真空波纹管密封机构4 的后端连接。

在一些示例中，传动组件52包括导轨521、丝杠522和滑块523，导轨521设置在基座6上，滑块523滑动设置在导轨521上，丝杠522与滑块523通过螺纹配合连接，丝杠522与驱动电机51连接；真空波纹管密封机构4和传动杆7的后端均连接在滑块523上；由此驱动电机51旋转带动丝杠522旋转，丝杠522旋转则驱动滑块523 在导轨521限制下前后移动，滑块523则带动真空波纹管密封机构4和传动杆7的后端同步移动，带动真空波纹管密封机构4作压缩和伸长运动，传动杆7作前后移动，进而实现膜架安装架2在真空腔体3内的移动。

在一些示例中，驱动机构5还包括前限位组件、后限位组件和位移检测组件，前限位组件和后限位组件沿导轨521的长度方向间隔设置在基座6上，以对滑块523进行定位和限位，当触碰到限位时给控制系统返回信号，进行位置连锁，防止驱动机构出现撞击和损坏；位移检测组件与滑块523连接，通过位移检测组件可获取滑块523 的位移信息，进而实现膜架1位置信息的实时反馈，继而可实时监测不同厚度的碳膜的位置信息。

在一些示例中，优选地，如图3所示，前限位组件和后限位组件均包括机械限位524和光电限位525，滑块523上设置感应块526，以实现滑块523运动位置的双重保护，位移检测组件包括电阻尺。

在一些示例中，如图1所示，该装置还包括支撑调节机构8，支撑调节机构8包括台架81、滑移面板82、水平驱动部83和竖直升降部84；滑移面板82放置于台架 81的顶面；水平驱动部83设置在台架81的顶面，并与滑移面板82连接，并被配置为驱动滑移面板82在台架81的顶面沿第一方向和第二方向移动，第一方向和第二方向相互正交且平行于台架81顶面；竖直升降部84设置在滑移面板82的顶面上，并与基座6相连接，被配置为驱动基座6沿垂直于台架81顶面的第三方向作升降运动，从而实现整个装置在安装时的位置三维调节，满足装置与真空管道的安装对接，并对装置起到长期支撑作用。

在一些示例中，水平驱动部83包括分别在台架81沿第一方向的两侧设置的至少两第一驱动件，分别在台架81沿第二方向的两侧设置的至少两第二驱动件，第一驱动件和第二驱动件的驱动端分别抵顶在对应侧的滑移面板82外边缘上；由此，可通过至少两第一驱动件配合推动滑移面板82在台架81上沿第一方向移动，通过至少两第二驱动件配合推动滑移面板82在台架81上沿第二方向移动，从而实现滑移面板82在台架81上水平面上的位置调节，即实现装置在水平面上前后、左右的位置调节；优选地，第一驱动件和第二驱动件可采用气缸、液压缸等自动化部件，也可采用螺杆等手动调节部件，但不限于此。

在一些示例中，竖直升降部84包括竖向设置在滑移面板82的顶面上的伸缩机构，例如气缸或液压缸等，但不限于此。

在一些示例中，本发明还包括控制系统，控制系统可与与驱动机构5连接，被配置为控制整个装置的运行。

在一些示例中，膜架1上贴附的碳膜厚度在10ug/cm2～100ug/cm2。

本公开实施例提供的一种用于提高离子电荷态装置，在使用时，膜架安装架2上的多个膜架1上可分别设置不同类型的碳膜；由于真空波纹管密封机构4能够发生压缩或伸张，真空波纹管密封机构4和真空腔体3之间则形成动密封，这样，传动杆7 在驱动机构5驱动下的直线往复运动始终处于真空环境下，而传动杆的运动能够带动膜架安装架2及其上的多个膜架1在真空腔体3内运动，使得膜架安装架2上的多个膜架1位置发生变换，膜架安装架2上的所需厚度的碳膜移动至指定的束流中心位置，即实现在不破坏真空环境的情况下更换碳膜，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本，可通过控制系统远程控制碳膜的更换，不需要人员进场，大大提高加速器的运行效率。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种用于提高离子电荷态的装置，其特征在于：包括膜架、膜架安装架、真空腔体、真空波纹管密封机构、驱动机构、基座和传动杆；

所述膜架用于安装碳膜；所述膜架安装架伸入所述真空腔体内，且在所述膜架安装架上沿所述真空腔体的深度方向间隔布置多个所述膜架；所述真空腔体密封连接在所述真空波纹管密封机构的前端；所述传动杆的前端穿过所述真空波纹管密封机构伸入所述真空腔体内，并与所述膜架安装架相连接；所述真空波纹管密封机构和传动杆的后端均与所述驱动机构相连接；所述真空波纹管密封机构和驱动机构均设置在所述基座上；

所述膜架包括固定座和膜框，所述固定座截面呈T形，所述膜框可拆卸地连接在所述固定座的下部，所述膜框的中间形成有圆孔，所述膜框上粘贴有所需厚度的碳膜；

所述膜架安装架包括条形支架以及沿所述条形支架间隔开设的多个安装卡槽；每一所述安装卡槽内插置一所述膜架，所述膜架的固定座嵌设在安装卡槽内，所述膜框分布于所述条形支架的下方；

所述驱动机构包括设置在基座上的驱动电机和传动组件，所述驱动电机通过所述传动组件与所述传动杆以及真空波纹管密封机构的后端连接；

所述传动组件包括导轨、丝杠和滑块，所述导轨设置所述基座上，所述滑块滑动设置在所述导轨上，所述丝杠与滑块螺纹配合，所述丝杠与所述驱动电机连接，所述传动杆和真空波纹管密封机构的后端连接在所述滑块上。

2.如权利要求1所述的一种用于提高离子电荷态的装置，其特征在于：所述真空腔体采用扁长型腔体，所述真空腔体的侧壁上设置有观察窗和摄像头组件，所述观察窗安装反光镜，所述摄像头组件通过反光镜远程观测所述真空腔体内部碳膜的状态。

3.如权利要求2所述的一种用于提高离子电荷态的装置，其特征在于：所述真空腔体通过可拆卸CF刀口法兰与所述真空波纹管密封机构连接，所述真空腔体上两侧壁的相对位置上开设与束流管道相连的两真空安装接口。

4.如权利要求1所述的一种用于提高离子电荷态的装置，其特征在于：还包括支撑调节机构，所述支撑调节机构包括台架、滑移面板、水平驱动部和竖直升降部；所述滑移面板放置于所述台架的顶面；所述水平驱动部设置在所述台架上，并与所述滑移面板连接，被配置为驱动所述滑移面板在所述台架的顶面沿第一方向和第二方向移动，所述第一方向和第二方向相互正交且平行于所述台架顶面；所述竖直升降部设置在所述滑移面板的顶面上，并与所述基座相连接，被配置为驱动所述基座沿垂直于所述台架顶面的第三方向作升降运动。

5.如权利要求4所述的一种用于提高离子电荷态的装置，其特征在于：所述水平驱动部包括分别在所述台架沿第一方向的两侧设置的至少两第一驱动件，分别在台架沿第二方向的两侧设置的至少两第二驱动件，第一驱动件和第二驱动件的驱动端分别抵顶在对应侧的所述滑移面板外边缘上；所述竖直升降部包括竖向设置在所述滑移面板的顶面上的伸缩机构。

6.如权利要求1所述的一种用于提高离子电荷态的装置，其特征在于：所述驱动机构还包括前限位组件、后限位组件和位移检测组件，所述前限位组件和后限位组件沿所述导轨的长度方向间隔设置在所述基座上，并被配置为对所述滑块沿所述导轨的运动进行限位；所述位移检测组件与滑块连接，并被配置为检测所述滑块的位移。

Images