CN113225886B - 一种用于高能微焦点x射线的水冷旋转式辐射转换靶 - Google Patents
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Abstract
本发明属于放射装置技术领域,具体公开一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,包括沿靶面垂直方向水平移动的平移组件、设置于平移组件上的旋转驱动组件、传动连接于旋转驱动组件输出端的辐射转换靶以及套接于辐射转换靶外的真空腔室,所述辐射转换靶上设置有用于给辐射转换靶降温的冷却水路,所述旋转驱动组件与真空腔室之间设置有用于密封冷却水路的磁流体密封组件。通过对辐射转换靶靶盘增加水冷的冷却水路,对辐射转换靶靶盘进行水冷散热,以保护辐射转换靶;通过设置能在大气与真空环境之间传递旋转运动作用的磁流体密封组件,确保增加的冷却水路在辐射转换靶靶盘旋转过程中始终维持密封状态,从而实现辐射转换靶的正常运行。
Description
技术领域
本发明属于放射装置技术领域,具体地说涉及一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶。
背景技术
计算机断层成像技术(Computed Tomography,CT)是公认的最佳检测手段,广泛应用于无损检测、逆向工程、材料组织分析等领域。CT是通过对物体进行不同角度的射线成像,通过滤波反投影技术获取物体横截面信息的成像技术。CT技术可以采用不同的粒子束,如X射线、伽马射线、中子等。高能工业CT系统采用MeV级加速器作为X射线源,穿透能力强,特别适用于大型装备的检测。高能(能量1~15MeV)微焦点(直径0.05~0.4mm)的高峰值功率电子束打靶转产生X射线的装置,X射线源焦点尺寸小,能量高,在既能满足大型装备或金属元件穿透能力的要求,又能提高图像的分辨率,有利于细小缺陷的检测。但现有X射线辐射转换靶存在以下技术问题:大功率高能电子束聚焦到比较小尺寸,在X射线辐射转换靶上局部瞬时功率过高,会造成辐射转换靶材料的融化,因此,要解决旋转式辐射转换靶因大功率高能微焦点电子束轰击造成靶融化的问题,需要充分的对辐射转换靶进行散热,达到保护靶盘的目的。目前的旋转式辐射转换靶还无法实现这一功能。
因此,现有技术还有待于进一步发展和改进。
发明内容
针对现有技术的种种不足,为了解决上述问题,现提出一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶。本发明提供如下技术方案:
一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,包括沿靶面垂直方向水平移动的平移组件、设置于平移组件上的旋转驱动组件、传动连接于旋转驱动组件输出端的辐射转换靶以及套接于辐射转换靶外的真空腔室,所述辐射转换靶上设置有用于给辐射转换靶降温的冷却水路,所述旋转驱动组件与真空腔室之间设置有用于密封冷却水路的磁流体密封组件。
进一步的,所述冷却水路包括设置于辐射转换靶靶盘上的靶盘进水口、靶盘出水口以及连通靶盘进水口和靶盘出水口的靶盘循环水路,所述靶盘进水口和靶盘出水口设置于辐射转换靶靶盘中央,所述靶盘循环水路设置于辐射转换靶靶盘外周。
进一步的,所述冷却水路包括连通靶盘进水口的进水管路以及连通靶盘出水口的出水管路,所述进水管路和出水管路平行设置于磁流体密封组件内。
进一步的,所述磁流体密封组件包括中空的磁流体密封轴以及分别设置于磁流体密封轴两端的磁流体密封轴法兰和磁流体密封外法兰,所述辐射转换靶中央设置有转接法兰,所述磁流体密封轴法兰与转接法兰密封连接,所述平移组件上设置有旋转接头,所述磁流体密封外法兰与旋转接头密封连接。
进一步的,所述旋转接头包括接头本体、设置于接头本体上的接头进水口和接头出水口,所述接头进水口上固定连接有水路内管,所述水路内管延伸连接至靶盘进水口处。
进一步的,所述水路内管与转接法兰连接处设置有用于动态密封水路的石墨环。
进一步的,所述水路内管内形成连通靶盘进水口的进水管路,所述水路内管与磁流体密封轴围合形成连通靶盘出水口的出水管路。
进一步的,所述旋转驱动组件包括驱动电机、固定于驱动电机输出端的第一齿轮以及固定于磁流体密封组件外壁上的第二齿轮,第一齿轮与第二齿轮啮合连接。
进一步的,所述磁流体密封组件与真空腔室通过波纹管密封连接。
进一步的,所述辐射转换靶包括设置有冷却水路的圆盘形无氧铜基底以及设置于无氧铜基底外周的钨环。
有益效果:
1、通过对辐射转换靶靶盘增加水冷的冷却水路,对辐射转换靶靶盘进行冷却散热,从而达到保护辐射转换靶的目的;
2、通过设置能在大气与真空环境之间传递旋转运动作用的磁流体密封组件,确保增加的冷却水路在辐射转换靶靶盘旋转过程中始终维持密封状态,从而实现辐射转换靶的正常运行;
3、整个辐射转换靶的旋转系统安装在平移组件上,利用波纹管的伸缩功能,保证辐射转换靶可以沿着水平方向移动,实现辐射转换靶靶盘上束斑尺寸的原位测量;
4、辐射转换靶靶盘由无氧铜基底、钨靶和转接法兰组成,无氧铜基底上设计有能循环流动的靶盘循环水路,三者通过钎焊连接在一起,结构稳定,散热效率高;
5、靶盘循环水路中的第一直线槽与第二直线槽位于靶盘的同一条直径上,确保对流循环的充分进行,圆环槽沿靶盘外周设置,提升散热效率。
附图说明
图1是本发明具体实施例中一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶主视结构示意图;
图2是本发明具体实施例中一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶俯视结构示意图;
图3是本发明图2中A-A向剖视结构示意图;
图4是本发明具体实施例中一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶左视结构部分剖视示意图;
图5是本发明具体实施例中辐射转换靶部分内部剖视结构示意图;
附图中:100、平移组件;200、旋转驱动组件;210、驱动电机;220、第一齿轮;230、第二齿轮;300、辐射转换靶;310、无氧铜基底;311、靶盘进水口;312、靶盘出水口;313、靶盘循环水路;314、进水连通管;315、出水连通管;320、钨环;330、转接法兰;340、石墨环;400、真空腔室;500、磁流体密封组件;510、磁流体密封轴;520、磁流体密封轴法兰;530、磁流体密封外法兰;540、旋转接头;541、水路内管;542、接头进水口;543、接头出水口;544、接头本体;550、波纹管。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合本发明的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例,都应当属于本申请保护的范围。此外,以下实施例中提到的方向用词,例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向,因此,使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
本申请是基于专利CN202022730699.0 一种用于高能微焦点X射线的旋转靶中的旋转靶进行的进一步拓展研究,是该专利中旋转靶的具体实现结构,其原理及实现功能中如有不清楚或无法理解的地方可参照该专利说明书中的具体内容进行解释。
实施例1
如图1-5所示,一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,包括沿靶面垂直方向水平移动的平移组件100、设置于平移组件100上的旋转驱动组件200、传动连接于旋转驱动组件200输出端的辐射转换靶300以及套接于辐射转换靶300外的真空腔室400,所述辐射转换靶300上设置有用于给辐射转换靶300降温的冷却水路,所述旋转驱动组件200与真空腔室400之间设置有用于密封冷却水路的磁流体密封组件500。由于聚焦后的电子束轰击辐射转换靶300的能量密度极大,使辐射转换靶300靶盘急速升温,甚至会导致靶盘融化,通过对辐射转换靶300靶盘增加水冷的冷却水路,对辐射转换靶300靶盘进行冷却散热,从而达到保护辐射转换靶300的目的。通过设置能在大气与真空环境之间传递旋转运动作用的磁流体密封组件500,确保增加的冷却水路在辐射转换靶300靶盘旋转过程中始终维持密封状态,从而实现辐射转换靶300的正常运行。真空腔室400为整个系统提供束流传输、打靶的真空环境,其结构采用侧开的箱体式结构,从而方便安装辐射转换靶300靶盘。平移组件100包括滑动平台以及设置于滑动平台下方的滑轨,滑动平台滑动连接于滑轨上,平移组件100采用电机驱动或手动平移机构均可,此处不进行具体动力源的限制,只要能控制滑动平台在测量高能微焦点电子束束斑时能够平移到相同的测量和打靶位置即可。
进一步的,所述冷却水路包括设置于辐射转换靶300靶盘上的靶盘进水口311、靶盘出水口312以及连通靶盘进水口311和靶盘出水口312的靶盘循环水路313,所述靶盘进水口311和靶盘出水口312设置于辐射转换靶300靶盘中央,所述靶盘循环水路313设置于辐射转换靶300靶盘外周。靶盘进水口311通过进水连通管314与靶盘循环水路313连通,靶盘出水口312通过出水连通管315与靶盘循环水路313连通。靶盘进水口311和靶盘出水口312设置于辐射转换靶300靶盘中央能够尽可能的降低靶盘与外界冷却液管路之间的连接位移变化,而由于打靶位置位于靶盘边缘,因此需要将靶盘循环水路313大部分设置于靶盘边缘处,以对靶盘热量集中处进行充分的热交换,因此将靶盘循环水路313设置于辐射转换靶300靶盘外周。
进一步的,所述磁流体密封组件500包括中空的磁流体密封轴510以及分别设置于磁流体密封轴510两端的磁流体密封轴法兰520和磁流体密封外法兰530,所述辐射转换靶300中央设置有转接法兰330,所述磁流体密封轴法兰520与转接法兰330密封连接,所述平移组件100上设置有旋转接头540,所述磁流体密封外法兰530与旋转接头540密封连接。通过设置转接法兰330来增强靶盘进水口311和靶盘出水口312处的机械强度,而靶盘主体则可选用散热性能较高的材料,无需再考虑机械强度问题。
进一步的,所述旋转接头540包括接头本体544、设置于接头本体544上的接头进水口542和接头出水口543,所述接头进水口542上固定连接有水路内管541,所述水路内管541延伸连接至靶盘进水口311处。旋转接头540为现有技术中的标准件产品,主要用于为冷却水路提供与外界相连的冷却液进出接口。水路内管541优选采用金属内管,金属内管强度高、耐腐蚀。
进一步的,所述水路内管541与转接法兰330连接处设置有用于动态密封水路的石墨环340。石墨环340具有耐磨性、润滑性、密封性,由于水路内管541为固定不动的,而转接法兰330随辐射转换靶300的转动而转动,为避免二者转动连接处产生密封失效,需要通过石墨环340来实现转动连接处的动态密封。
进一步的,所述水路内管541内形成连通靶盘进水口311的进水管路,所述水路内管541与磁流体密封轴510围合形成连通靶盘出水口312的出水管路。水路内管541一端固定连接旋转接头540处的接头进水口542,另一端连接靶盘进水口311,即水路内管541形成的进水管路贯穿整个磁流体密封轴510,将磁流体密封轴510的中空内径尺寸设置为大于水路内管541外径尺寸时,磁流体密封轴510与水路内管541之间便形成了一条环状的封闭空隙,将该封闭空隙的两端分别连通靶盘出水口312和接头出水口543后,就得到一条封闭的出水管路,进而使得进水管路与出水管路形成套管方式连接,降低结构复杂度,减少管路数量设置,设备精简。
进一步的,所述旋转驱动组件200包括驱动电机210、固定于驱动电机210输出端的第一齿轮220以及固定于磁流体密封组件500外壁上的第二齿轮230,第一齿轮220与第二齿轮230啮合连接。驱动电机210为辐射转换靶300提供旋转动力来源,通过设置啮合连接的齿轮组件,将驱动电机210的输出位移传递给磁流体密封轴510,进而通过磁流体密封轴510的转动,带动固定于磁流体密封轴510端部的辐射转换靶300靶盘转动,相比于驱动电机210直接连接靶盘带动靶盘旋转的结构更加合理,为冷却水路提供充足的让位空间。
进一步的,所述磁流体密封组件500与真空腔室400通过波纹管550密封连接。磁流体密封轴510需要穿过真空腔室400后,与设置于真空腔室400内的辐射转换靶300靶盘连接,而连接辐射转换靶300靶盘的磁流体密封轴510需要沿靶面垂直方向前后移动,这就需要磁流体密封轴510与真空腔室400能够动态密封,而选用波纹管550就能很好的同时解决密封和移动问题,保证在真空环境下靶盘水平移动时的伸缩有效行程,结构简单,波纹管550两端分别通过真空刀口法兰连接磁流体密封轴法兰520与磁流体密封外法兰530,以确保较好的真空密封效果。
进一步的,所述辐射转换靶300包括设置有冷却水路的圆盘形无氧铜基底310以及设置于无氧铜基底310外周的钨环320。辐射转换靶300的靶盘主体采用无氧铜基底310材料制成,靶盘主体上通过模压工艺一体压制形成靶盘循环水路313,无氧铜基底310材料外围钎焊有环状的高原子序数材料,例如钨、钽、金等环状材料,靶盘中心钎焊有转接法兰330,转接法兰330上对应靶盘进水口311和靶盘出水口312设置有相匹配的转接口,优选的,靶盘进水口311为设置于靶盘轴心的圆孔,靶盘出水口312为设置于靶盘进水口311外围的弧形孔,靶盘循环水路313包括沿靶盘外周设置的圆环槽、沿靶盘径向连通圆环槽与靶盘进水口311的第一直线槽以及沿靶盘径向连通圆环槽与靶盘出水口312的第二直线槽,第一直线槽与第二直线槽位于靶盘的同一条直径上,确保对流循环的充分进行,圆环槽沿靶盘外周设置,提升散热效率。
实施例2
本实施例与实施例1结构基本相同,区别仅在于,所述冷却水路包括连通靶盘进水口311的进水管路以及连通靶盘出水口312的出水管路,所述进水管路和出水管路平行设置于磁流体密封组件500内。在本实施例中,进水管路和出水管路可以是平行且不相互接触的两条管路,分别执行进水和出水任务,两条管路均设置于中空的磁流体密封轴510内部,并分别连通靶盘进水口311与接头进水口542、靶盘出水口312与接头出水口543。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
以上已将本发明做一详细说明,以上所述,仅为本发明之较佳实施例而已,当不能限定本发明实施范围,即凡依本申请范围所作均等变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (8)
1.一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,包括沿靶面垂直方向水平移动的平移组件、设置于平移组件上的旋转驱动组件、传动连接于旋转驱动组件输出端的辐射转换靶以及套接于辐射转换靶外的真空腔室,所述辐射转换靶上设置有用于给辐射转换靶降温的冷却水路,所述旋转驱动组件与真空腔室之间设置有用于密封冷却水路的磁流体密封组件;
所述冷却水路包括设置于辐射转换靶靶盘上的靶盘进水口、靶盘出水口以及连通靶盘进水口和靶盘出水口的靶盘循环水路,所述靶盘进水口和靶盘出水口设置于辐射转换靶靶盘中央,所述靶盘循环水路设置于辐射转换靶靶盘外周;
所述靶盘进水口为设置于靶盘轴心的圆孔,靶盘出水口为设置于靶盘进水口外围的弧形孔;
所述辐射转换靶包括设置有冷却水路的圆盘形无氧铜基底以及设置于无氧铜基底外周的钨环。
2.根据权利要求1所述的一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,所述冷却水路包括连通靶盘进水口的进水管路以及连通靶盘出水口的出水管路,所述进水管路和出水管路平行设置于磁流体密封组件内。
3.根据权利要求1所述的一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,所述磁流体密封组件包括中空的磁流体密封轴以及分别设置于磁流体密封轴两端的磁流体密封轴法兰和磁流体密封外法兰,所述辐射转换靶中央设置有转接法兰,所述磁流体密封轴法兰与转接法兰密封连接,所述平移组件上设置有旋转接头,所述磁流体密封外法兰与旋转接头密封连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,所述旋转接头包括接头本体、设置于接头本体上的接头进水口和接头出水口,所述接头进水口上固定连接有水路内管,所述水路内管延伸连接至靶盘进水口处。
5.根据权利要求4所述的一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,所述水路内管与转接法兰连接处设置有用于动态密封水路的石墨环。
6.根据权利要求4所述的一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,所述水路内管内形成连通靶盘进水口的进水管路,所述水路内管与磁流体密封轴围合形成连通靶盘出水口的出水管路。
7.根据权利要求1所述的一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,所述旋转驱动组件包括驱动电机、固定于驱动电机输出端的第一齿轮以及固定于磁流体密封组件外壁上的第二齿轮,第一齿轮与第二齿轮啮合连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于高能微焦点X射线的水冷旋转式辐射转换靶,其特征在于,所述磁流体密封组件与真空腔室通过波纹管密封连接。
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GR01 | Patent grant | ||
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