CN115843146A - 薄壁真空管及真空室 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种薄壁真空管，包括：管道，管道沿束流方向呈圆弧状弯曲，管道的截面形状为椭圆形；加强筋板夹设于薄壁真空管的外表面相对的两侧，并沿着管道截面的长轴方向轴向延伸；加强筋板等间距排列在薄壁真空管的外表面。本公开还提供一种真空室，真空室由薄壁真空管拼接组成；偏转二极电磁铁，偏转二极电磁铁的磁极间隙中至少放置一段薄壁真空管。将管道截面设置为椭圆形截面，降低加强筋板的高度的同时又可以提高薄壁真空管的机械强度，同时加强筋板布置在管道的外表面相对的两侧，可以降低二极电磁铁磁极的间隙，实现电磁铁制造成本的降低；将薄壁真空管设置为沿束流方向呈圆弧状弯曲，可以更好地匹配束流在偏转二极电磁铁中的轨迹。
Description
技术领域
本公开涉及加速器真空领域，更具体地，涉及一种薄壁真空管及真空室。
背景技术
HIMM(Heavy Ion Medical Machine)是一种碳离子治疗设备，其主体部分主要包括一台等时性回旋注入器，一台加速能量可至400MeV/u的同步加速器，以及与5个治疗终端相连的束流传输线。同步加速器的电磁铁所激发的磁场为时变磁场，会使金属制成的真空室感应产生涡流，涡流的大小与真空室的壁厚成正比。为了降低涡流激发的磁场对束流的影响，真空室必须设计为薄壁结构，然而薄壁结构又降低了真空室的机械强度。此外，为了匹配束流轨迹而采用多段直线型管道拼接制造而成的真空室，其截面尺寸大于物理设计需求，进一步降低了机械强度。
对大型真空室而言，虽然采用圆形截面的管道能够满足承受大气压力的要求，但是圆形截面的管道不仅会浪费真空室的空间，而且还会增加电磁铁磁极的间隙，使得电磁铁的制造和运行费用大幅增加。
发明内容
有鉴于此，本公开的一个方面提供了一种薄壁真空管，包括：管道，管道沿束流方向呈圆弧状弯曲，管道的截面形状为椭圆形；加强筋板，加强筋板设置于薄壁真空管的外表面相对的两侧，并沿着管道截面的长轴方向轴向延伸。
根据本公开的实施例，在管道截面中，椭圆的长轴尺寸为10～300mm，椭圆的短轴尺寸为10～100mm。
根据本公开的实施例，薄壁真空管的管壁厚度为0.5～2mm。
根据本公开的实施例，加强筋板的设置间隔为5～50mm，加强筋板的厚度为1～4mm。
根据本公开的实施例，薄壁真空管的端部呈卷边设置。
本公开的另一个方面提供了一种真空室，包括：前述的薄壁真空管，真空室由薄壁真空管拼接组成；偏转二极电磁铁，偏转二极电磁铁的磁极间隙中至少放置一段薄壁真空管。
根据本公开的实施例，真空室伸出偏转二极电磁铁的两端设有波纹管组件。
根据本公开的实施例，偏转二极电磁铁磁极的间隙为20～100mm，偏转半径为500～5000mmm，偏转角度为5～90°；由薄壁真空管拼接组成的真空室的弯曲半径和弯曲角度与偏转二极电磁铁的偏转半径和偏转角度相同。
根据本公开的实施例，波纹管组件包括波纹管和接管，波纹管的一端通过接管与薄壁真空管相连接，波纹管的另一端通过接管固定连接有真空刀口法兰。
根据本公开的实施例，波纹管、接管以及真空刀口法兰的连接方式为气密氩弧焊、电子束焊或激光焊接。
在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
将薄壁真空管的管道截面设置为椭圆形截面，能够实现降低加强筋板的高度的同时又可以提高薄壁真空管的机械强度，此外加强筋板设置在薄壁真空管的外表面相对的两侧，并且加强筋板沿着管道截面的长轴方向轴向延伸，能够进一步降低偏转二极电磁铁磁极的间隙，既实现了电磁铁制造成本的降低，又获得了更高的安全性；将薄壁真空管设置为沿束流方向呈圆弧状弯曲，可以更好地匹配束流在偏转二极电磁铁中的轨迹，不会因为管道为直线型拼接时为了匹配束流轨迹而扩大薄壁真空管的截面尺寸。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的由薄壁真空管组成的真空室的俯视结构示意图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的薄壁真空管的侧视截面示意图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的薄壁真空管部分俯视结构示意图。
附图标记说明：1、真空室；2、偏转二极电磁铁；3、波纹管组件；1-1、管道；1-2、加强筋板。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。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。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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子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。
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
图1示意性示出了根据本公开实施例的由薄壁真空管组成的真空室的俯视结构示意图。
如图1所示，本公开实施例的一个方面提供了一种薄壁真空管，具体包括：管道1-1，管道1-1沿束流方向呈圆弧状弯曲，管道1-1的截面形状为椭圆形；加强筋板，加强筋板设置于薄壁真空管的外表面相对的两侧，并沿着管道1-1截面的长轴方向轴向延伸。将管道1-1设置为沿束流方向呈圆弧状弯曲，可以更好地匹配束流在偏转二极电磁铁2中的轨迹，不会因为管道1-1为直线型拼接时为了匹配束流轨迹而扩大薄壁真空管的截面尺寸。
在本公开的一实施例中，管道1-1截面设置的椭圆形的长轴尺寸为10～300mm，椭圆的短轴尺寸为10～100mm。
图2示意性示出了根据本公开实施例的薄壁真空管的侧视截面示意图。
如图2所示，将管道1-1截面设置为椭圆形，不仅可以减小电磁铁磁极的间隙，使得电磁铁的制作费用减少，还可以节省由薄壁真空管组成的真空室1的空间。
薄壁真空管的管壁厚度为0.5～2mm。薄壁真空管用于提供真空环境，以供束流通过。将管道1-1设置为薄壁结构，可以降低涡流激发的磁场对束流的影响。
图3示意性示出了根据本公开实施例的薄壁真空管部分俯视结构示意图。
如图3所示，加强筋板的设置间隔为5～50mm，加强筋板的厚度为1～4mm。相较于管道1-1截面形状为跑道形的薄壁真空管，本公开实施例可以在降低加强筋板的高度的同时又可以提高薄壁真空管的机械强度，防止真空管道1-1变形，同时也可以有效降低加强筋板的制作成本。
进一步地，薄壁真空管的端部呈卷边设置，用于多个真空管道1-1拼接连接。
本公开的另一个方面提供了一种真空室1，包括：上述的薄壁真空管，真空室1由薄壁真空管拼接组成；偏转二极电磁铁2，偏转二极电磁铁2的磁极间隙中至少放置一段薄壁真空管。真空室1伸出偏转二极电磁铁的两端设有波纹管组件3。在本公开的一些其他实施例中，也可采用气密氩弧焊的连接方式将薄壁真空管焊接形成真空室1。
在本公开的一实施例中，偏转二极电磁铁磁极的间隙为20～100mm，偏转半径为500～5000mmm，偏转角度为5～90°；由薄壁真空管拼接组成的真空室1的弯曲半径和弯曲角度与偏转二极电磁铁的偏转半径和偏转角度相同。偏转二极电磁铁磁极的间隙之间至少设置一段薄壁真空管。
波纹管组件3包括波纹管和接管，波纹管的一端通过接管与薄壁真空管相连接，波纹管的另一端通过接管固定连接有真空刀口法兰。波纹管包括液压波纹管、焊接波纹管，可以根据实际应用场景选择波纹管的种类。刀口型式法兰是一种金属密封的法兰，应用于高真空和超高真空的领域。在本公开的一些其他实施例中，可以根据实际应用场景选择波纹管的截面形状，在此不做限定。
波纹管、接管以及真空刀口法兰的连接方式为气密氩弧焊、电子束焊或激光焊接。这三种焊接方式均是真空系统中常用的焊接方式，其中，气密氩弧焊是在焊接过程中不断送上氩气，焊缝可以受到氩气保护，防止焊材的氧化；电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空的焊接面，使得工件熔化实现焊接；激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源，使得工件熔化实现焊接。在实际应用过程中，可以在三种焊接方式中选择其一作为连接方式。
综上所述，本公开实施例提供一种薄壁真空管及真空室，将薄壁真空管的管道截面设置为椭圆形截面，降低加强筋板的高度的同时又可以提高薄壁真空管的机械强度，同时加强筋板在薄壁真空管的外表面的两侧边进行布置，能够在现有技术方案的基础上进一步降低偏转二极电磁铁磁极的间隙，既实现了电磁铁制造成本的降低，又获得了更高的安全性；将薄壁真空管设置为沿束流方向呈圆弧状弯曲，可以更好地匹配束流在偏转二极电磁铁中的轨迹，不会因为管道为直线型拼接时为了匹配束流轨迹而扩大薄壁真空管的截面尺寸。
以上所述的具体实施例，对本发明的技术方案进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种薄壁真空管，其特征在于，包括：
管道(1-1)，所述管道(1-1)沿束流方向呈圆弧状弯曲，所述管道(1-1)的截面形状为椭圆形；
加强筋板，所述加强筋板夹设于所述薄壁真空管的外表面相对的两侧，并沿着管道(1-1)截面的长轴方向轴向延伸；所述加强筋板等间距排列在所述薄壁真空管的外表面。
2.根据权利要求1所述的薄壁真空管，其特征在于，在所述管道(1-1)截面中，椭圆的长轴尺寸为10～300mm，椭圆的短轴尺寸为10～100mm。
3.根据权利要求1所述的薄壁真空管，其特征在于，所述薄壁真空管的管壁厚度为0.5～2mm。
4.根据权利要求1所述的薄壁真空管，其特征在于，所述加强筋板的设置间隔为5～50mm，所述加强筋板的厚度为1～4mm。
5.根据权利要求1所述的薄壁真空管，其特征在于，所述薄壁真空管的端部呈卷边设置。
6.一种真空室，其特征在于，包括：
至少一段如权利要求1～5中任一项所述的薄壁真空管，至少一段薄壁真空管拼接组成整体结构；
偏转二极电磁铁(2)，所述偏转二极电磁铁(2)的磁极间隙中至少放置一段所述薄壁真空管；
波纹管组件(3)，所述波纹管组件(3)设置于所述真空室(1)伸出所述偏转二极电磁铁的两端。
7.根据权利要求6所述的真空室，其特征在于，所述偏转二极电磁铁磁极的间隙为20～100mm，偏转半径为500～5000mmm，偏转角度为5～90°。
8.根据权利要求6所述的真空室，其特征在于，由所述薄壁真空管拼接组成的所述真空室的弯曲半径和弯曲角度与所述偏转二极电磁铁的偏转半径和偏转角度相同。
9.根据权利要求6所述的真空室，其特征在于，所述波纹管组件(3)包括波纹管和接管，所述波纹管的一端通过所述接管与所述薄壁真空管相连接，所述波纹管的另一端通过所述接管固定连接有真空刀口法兰。
10.根据权利要求9所述的真空室，其特征在于，所述波纹管、所述接管以及所述真空刀口法兰的连接方式为气密氩弧焊、电子束焊或激光焊接。
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Cited By (1)
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| CN117066822A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-11-17 | 中国科学院近代物理研究所 | 加强筋结构的超薄壁真空腔室的制作方法 |
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2022
- 2022-12-02 CN CN202211545902.4A patent/CN115843146A/zh active Pending
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| CN117066822B (zh) * | 2023-08-10 | 2024-04-09 | 中国科学院近代物理研究所 | 加强筋结构的超薄壁真空腔室的制作方法 |
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