CN113096831B - 一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，属于实验设备领域。解决了现有惯性约束聚变实验换靶周期长，打靶效率低的问题。它包括平移机构、靶库旋转机构、靶夹持器、靶座、换靶真空腔和靶位姿调整设备，所述平移机构安装在换靶真空腔内部，所述换靶真空腔通过真空阀门与真空室相连，所述靶座安装在靶位姿调整设备上，所述平移机构包括安装底座、螺杆、靶库传感器、平移台、拖链、第一真空电机、行程复位传感器和导轨，所述螺杆和导轨均安装在安装底座上，所述平移台固定在导轨的滑块上，所述螺杆通过丝母座与平移台相连，所述第一真空电机通过齿轮组驱动螺杆旋转。它主要用于惯性约束聚变的自动换靶。

Description

一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置

技术领域

本发明属于实验设备领域，特别是涉及一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置。

背景技术

惯性约束聚变是实现可控热核聚变的有效途径，是解决人类面临的能源问题的有效途径，也是当前发达国家争相占领的科技战略制高点，具有重大的现实意义。惯性约束聚变打靶实验需要在真空环境下完成，常规的惯性约束聚变打靶系统由于每次只能装入一发靶，每次打靶之后都需要破坏打靶所需的真空环境，换靶后需要重新抽取真空，虽然每次换靶本身并不需要多大的劳动量和时间，但是由于真空室的直径达到数米至10米，如图8所示，每次换靶前后的抽取真空及暴露大气需要花费数小时时间，进而导致了换靶周期较长，打靶效率低下，同时抽取真空也浪费了大量的能源。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，它包括平移机构、靶库旋转机构、靶夹持器、靶座、换靶真空腔和靶位姿调整设备，所述平移机构安装在换靶真空腔内部，所述换靶真空腔通过真空阀门与真空室相连，所述靶座安装在靶位姿调整设备上，所述平移机构包括安装底座、螺杆、靶库传感器、平移台、拖链、第一真空电机、行程复位传感器和导轨，所述螺杆和导轨均安装在安装底座上，所述平移台固定在导轨的滑块上，所述螺杆通过丝母座与平移台相连，所述第一真空电机通过齿轮组驱动螺杆旋转，所述拖链一端固定在安装底座上，另一端固定在平移台上，所述靶库传感器安装在平移台上，所述行程复位传感器安装在安装底座上，所述靶库旋转机构包括连接板、靶库电机座、第二真空电机、传感器挡板和靶库，所述传感器挡板固定在靶库上，所述靶库安装在第二真空电机的输出轴上，所述第二真空电机通过靶库电机座安装在连接板上，所述连接板安装在平移台上，所述靶夹持器装夹在靶库的装靶工位内，所述靶夹持器内安装靶。

更进一步的，所述第一真空电机安装在电机安装座上，所述电机安装座固定安装在安装底座上。

更进一步的，所述螺杆一端与螺杆轴承座相连，另一端与螺杆支撑座相连。

更进一步的，所述平移台上安装有传感器挡片，所述传感器挡片与行程复位传感器配合。

更进一步的，所述行程复位传感器通过复位传感器座安装在安装底座上。

更进一步的，所述靶库传感器通过靶库传感器座安装在平移台上。

更进一步的，所述拖链通过拖链支架与安装底座相连。

更进一步的，所述安装底座通过行程传感器座与行程传感器相连。

更进一步的，所述靶库通过靶库连接座安装在第二真空电机的输出轴上。

更进一步的，所述螺杆具有自锁结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有惯性约束聚变实验换靶周期长，打靶效率低的问题。本发明不但实现了一次手动装靶便可连续打多发靶，同时还设计了独立的换靶真空腔，在更新靶库时无需将实验的整体真空环境暴露大气，只需在大行程精密平移机构复位后关闭真空阀门，将换靶真空腔与真空室隔离，然后对换靶真空腔暴漏大气更新靶库，靶库更新后对换靶真空腔抽真空，待换靶真空腔真空度与真空室真空度相同时，便可打开真空阀门进行自动换靶，因为换靶真空腔容积远远小于真空室的容积，因此换靶真空腔暴漏大气、靶库更新、抽真空一套流程30分钟左右即可完成。

本发明通过自动的装靶流程和卸靶流程，实现自动换靶。通过可容纳多发靶的靶库结构，实现了一次手动装靶，即可在不破坏打靶真空环境的情况下，进行多发次打靶实验，极大的缩短了换靶周期，提高了打靶效率，节约能源。独立换靶真空腔可独立释放真空，更新靶库，进而避免了整个打靶环境释放真空，进一步缩短了换靶周期、节约能源。

附图说明

图1为本发明所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置结构示意图；

图2为本发明所述的平移机构结构示意图；

图3为本发明所述的靶库旋转机构结构示意图；

图4为本发明所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置安装结构示意图；

图5为本发明所述的图4的放大图；

图6为本发明所述的平移机构爆炸结构示意图；

图7为本发明所述的靶库旋转机构爆炸结构示意图；

图8为本发明所述的现有打靶装置结构示意图。

1：平移机构，2：靶库旋转机构，3：靶夹持器，4：靶座，5：换靶真空腔，6：真空阀门，7：靶，8：靶位姿调整设备，9：真空室，10：换靶操作孔，1-1：安装底座，1-2：螺杆，1-3：靶库传感器，1-4：平移台，1-5：拖链，1-6：第一真空电机，1-7：齿轮组，1-8：行程复位传感器，1-9：导轨，1-10：电机安装座，1-11：螺杆轴承座，1-12：丝母座，1-13：传感器挡片，1-14：复位传感器座，1-15：拖链支架，1-16：行程传感器座，1-17：行程传感器，1-18：螺杆支撑座，1-19：靶库传感器座，2-1：连接板，2-2：靶库电机座，2-3：第二真空电机，2-4：传感器挡板，2-5：靶库，2-6：靶库连接座。

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、完整地阐述。

参见图1说明本实施方式，一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，它包括平移机构1、靶库旋转机构2、靶夹持器3、靶座4、换靶真空腔5和靶位姿调整设备8，所述平移机构1安装在换靶真空腔5内部，所述换靶真空腔5通过真空阀门6与真空室9相连，所述靶座4安装在靶位姿调整设备8上，所述平移机构1包括安装底座1-1、螺杆1-2、靶库传感器1-3、平移台1-4、拖链1-5、第一真空电机1-6、行程复位传感器1-8和导轨1-9，所述螺杆1-2和导轨1-9均安装在安装底座1-1上，所述平移台1-4固定在导轨1-9的滑块上，所述螺杆1-2通过丝母座1-12与平移台1-4相连，所述第一真空电机1-6通过齿轮组1-7驱动螺杆1-2旋转，推动平移台1-4沿精密螺杆1-2的轴线和精密导轨1-9做直线运动，所述拖链1-5一端固定在安装底座1-1上，另一端固定在平移台1-4上，所述靶库传感器1-3安装在平移台1-4上，所述行程复位传感器1-8安装在安装底座1-1上，所述靶库旋转机构2包括连接板2-1、靶库电机座2-2、第二真空电机2-3、传感器挡板2-4和靶库2-5，所述传感器挡板2-4固定在靶库2-5上，传感器挡板2-4用于靶库2-5旋转复位，所述靶库2-5安装在第二真空电机2-3的输出轴上，所述第二真空电机2-3通过靶库电机座2-2安装在连接板2-1上，第二真空电机2-3驱动靶库2-5可实现靶库360旋转，所述连接板2-1安装在平移台1-4上，所述靶夹持器3装夹在靶库2-5的装靶工位内，所述靶夹持器3内安装靶7。

本实施例第一真空电机1-6安装在电机安装座1-10上，电机安装座1-10固定安装在安装底座1-1上，螺杆1-2一端与螺杆轴承座1-11相连，另一端与螺杆支撑座1-18相连，平移台1-4上安装有传感器挡片1-13，传感器挡片1-13与行程复位传感器1-8配合，行程复位传感器1-8通过复位传感器座1-14安装在安装底座1-1上，靶库传感器1-3通过靶库传感器座1-19安装在平移台1-4上，拖链1-5通过拖链支架1-15与安装底座1-1相连，安装底座1-1通过行程传感器座1-16与行程传感器1-17相连，靶库2-5通过靶库连接座2-6安装在第二真空电机2-3的输出轴上，螺杆1-2具有自锁结构，保证了精密大行程平移机构1在任何一个位置停止时都不会发生串动。

精密大行程平移机构1和靶库旋转机构2均有传感器检测元件，用于对靶库工位的复位和精密大行程平移机构1的复位；精密大行程平移机构1安装在换靶真空腔5内，换靶真空腔5通过真空阀门6与真空室9连接，换靶真空腔5与精密大行程平移机构1构成独立的机构可以整体拆装，靶座4安装在靶位姿调整设备8上，靶位姿调整设备8可对靶7进行精密的六维调整。

本装置的装靶流程包括以下步骤：第一步靶座4运动至预装靶位；第二步靶库旋转机2构驱动靶库2-5旋转，将需要的靶旋转至装靶工位；第三步精密大行程平移机构1带动靶库2-5运动至换靶工作位；第四步靶座4从预装靶位运动至装靶位，含有靶7的靶夹持器3装入靶座，此时靶夹持器3即在靶座4内也在靶库工位内；第五步精密大行程平移机构1构复位，靶库装靶位内的靶夹持器3与靶库脱离，完成装靶操作。

本装置的卸靶流程包括以下步骤：第一步靶座4运动至装靶位；第二步靶库旋转机构2驱动靶库2-5旋转将靶库2-5上的空闲靶位旋转至装靶工位；第三步精密大行程平移机构1带动靶库2-5向下运行运动至换靶工作位，含有靶7的靶夹持器3装入靶库，此时靶夹持器3即在靶座4内也在靶库工位内；第四步靶座4从装靶位运动至预装靶位，靶夹持器3与靶座4脱离；第五步精密大行程平移机构1复位，卸靶流程完成。装靶流程与卸靶流程相互配合实现自动换靶。

靶库2-5内的靶7均完成打靶实验后，精密大行程平移机构1复位，关闭真空阀门6，换靶真空腔5暴露大气，手动更新靶库2-5，靶库2-5更新完成后，换靶真空腔5抽真空，待换靶真空腔5真空度与真空室9的真空度相同时，打开真空阀门6，进行下一轮打靶作业。

以上对本发明所提供的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：它包括平移机构(1)、靶库旋转机构(2)、靶夹持器(3)、靶座(4)、换靶真空腔(5)和靶位姿调整设备(8)，所述平移机构(1)安装在换靶真空腔(5)内部，所述换靶真空腔(5)通过真空阀门(6)与真空室(9)相连，所述靶座(4)安装在靶位姿调整设备(8)上，所述平移机构(1)包括安装底座(1-1)、螺杆(1-2)、靶库传感器(1-3)、平移台(1-4)、拖链(1-5)、第一真空电机(1-6)、行程复位传感器(1-8)和导轨(1-9)，所述螺杆(1-2)和导轨(1-9)均安装在安装底座(1-1)上，所述平移台(1-4)固定在导轨(1-9)的滑块上，所述螺杆(1-2)通过丝母座(1-12)与平移台(1-4)相连，所述第一真空电机(1-6)通过齿轮组(1-7)驱动螺杆(1-2)旋转，所述拖链(1-5)一端固定在安装底座(1-1)上，另一端固定在平移台(1-4)上，所述靶库传感器(1-3)安装在平移台(1-4)上，所述行程复位传感器(1-8)安装在安装底座(1-1)上，所述靶库旋转机构(2)包括连接板(2-1)、靶库电机座(2-2)、第二真空电机(2-3)、传感器挡板(2-4)和靶库(2-5)，所述传感器挡板(2-4)固定在靶库(2-5)上，所述靶库(2-5)安装在第二真空电机(2-3)的输出轴上，所述第二真空电机(2-3)通过靶库电机座(2-2)安装在连接板(2-1)上，所述连接板(2-1)安装在平移台(1-4)上，所述靶夹持器(3)装夹在靶库(2-5)的装靶工位内，所述靶夹持器(3)内安装靶(7)。

2.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述第一真空电机(1-6)安装在电机安装座(1-10)上，所述电机安装座(1-10)固定安装在安装底座(1-1)上。

3.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述螺杆(1-2)一端与螺杆轴承座(1-11)相连，另一端与螺杆支撑座(1-18)相连。

4.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述平移台(1-4)上安装有传感器挡片(1-13)，所述传感器挡片(1-13)与行程复位传感器(1-8)配合。

5.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述行程复位传感器(1-8)通过复位传感器座(1-14)安装在安装底座(1-1)上。

6.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述靶库传感器(1-3)通过靶库传感器座(1-19)安装在平移台(1-4)上。

7.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述拖链(1-5)通过拖链支架(1-15)与安装底座(1-1)相连。

8.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述安装底座(1-1)通过行程传感器座(1-16)与行程传感器(1-17)相连。

9.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述靶库(2-5)通过靶库连接座(2-6)安装在第二真空电机(2-3)的输出轴上。

10.根据权利要求1所述的一种用于惯性约束聚变的自动换靶装置，其特征在于：所述螺杆(1-2)具有自锁结构。

Images