CN206339501U - 中子散射用高压气体样品盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中子散射用高压气体样品盒，包括：高压管体，其内部设有圆柱型的高压腔体，两端面均设有螺纹孔，螺纹孔的直径大于高压腔体的直径，高压腔体的一端延伸至与螺纹孔导通，另一端通过细孔与螺纹孔导通；压紧堵头，其包括第一压紧堵头和第二压紧堵头，第一压紧堵头和第二压紧堵头通过带螺纹的柱体分别安装在高压管体两端的螺纹孔内；高压气管；推杆组件，其包括活塞推杆和螺母；以及密封环组件，其包括密封环和垫环。由于高压管体内高压腔体的两端分别被高压气管和活塞推杆堵住，并且高压气管与细孔对接，活塞推杆上套装有密封环和垫环，使得高压腔体具有较高的气密性，能够满足中子散射使用。

Description

中子散射用高压气体样品盒

技术领域

本实用新型涉及原位高压中子散射科学与技术的领域，具体涉及一种中子散射用高压气体样品盒。

背景技术

高压科学与技术是研究物质在高压极端条件下，其结构和性质发生变化的学科。随着压力的增加，物质的体积逐渐变小，原子间距逐渐缩短，促进了电子波函数之间重叠程度以及自由能的变化，最终导致物质的结构和性质发生变化。此外，物质在压力的作用下，还表现出很多新的价态，极大地丰富了元素化合价的种类，新的价态使得物质发生新奇的化学反应。压力对物质的影响，给我们的物质世界带来了很多前所未闻的新现象和新性质。

中子散射技术是利用中子散射方法研究物质的静态结构及微观动力学性质的手段。由于中子具有能够精确测定轻元素的位置、区分近邻原子和同位素、直接测定材料的磁结构等优点，所以中子散射可与同步辐射形成互补，对材料的结构和物性进行精细研究。此外，中子具有很强的穿透能力，可以穿过维持样品环境的腔体，所以高压环境的加载在中子散射中的应用具有得天独厚的优势。

随着我国中子源(中国散裂中子源CSNS、中国绵阳研究堆CMRR、中国先进研究堆CARR)的建设，用于中子散射的原位测试设备越来越重要。中子散射高压气体样品盒就是为测试样品提供维持高压气体环境的设备，将在储能、磁性、超导、地球矿物等材料的研究中广泛应用，同时中子散射高压气体样品盒的气密性要求也很高。

发明内容

本申请提供一种气密性好的中子散射用高压气体样品盒。

一种实施例中提供一种中子散射用高压气体样品盒，包括：

高压管体，其内部设有圆柱型的高压腔体，两端面均设有螺纹孔，螺纹孔的直径大于高压腔体的直径，高压腔体的一端延伸至与螺纹孔导通，另一端通过细孔与螺纹孔导通；

压紧堵头，其包括第一压紧堵头和第二压紧堵头，第一压紧堵头和第二压紧堵头均具有带螺纹的柱体，并且两者中心设有贯穿的螺纹通孔，第一压紧堵头和第二压紧堵头通过带螺纹的柱体分别安装在高压管体两端的螺纹孔内，第一压紧堵头位于高压管体具有细孔的一端，第二压头位于另一端；

高压气管，其设有外螺纹，一端固定在第一压紧堵头的螺纹通孔内，并延伸至高压管体的螺纹孔底部与细孔对接；

推杆组件，其包括活塞推杆和螺母，活塞推杆的活塞端与高压管体的高压腔体相适配，活塞推杆的推杆具有外螺纹，活塞推杆的活塞端位于高压腔体内，活塞推杆的推杆从第二压紧堵头的螺纹通孔穿出，穿出第二压紧堵头的活塞推杆的部分推杆上设有外螺纹，螺母套装在活塞推杆上，并且端面与第二压紧堵头的端面贴合；

以及密封环组件，其包括密封环和垫环，密封环和垫环贴合套在活塞推杆的推杆上，并位于活塞推杆的活塞端与第二压紧堵头之间；密封环与活塞推杆的活塞端贴合，并整体位于高压腔体内，垫环与第二压紧堵头贴合，并部分位于高压腔体内。

进一步地，密封环包括依次排列的铜环、铅环、铟环、铅环和铜环。

进一步地，高压管体由铝合金或钛锆合金制成，高压气管由不锈钢材料制成。

进一步地，高压管体中部具有高压腔体部分的壁厚比两端薄。

进一步地，在高压腔体内设有过滤器，过滤器贴靠在高压腔体与细孔导通的端部，过滤器上具有孔径小于样品粒度的微孔。

进一步地，高压气管与细孔对接的端部设为锥形，细孔的端部设为对应的锥形开口，高压气管的锥形端部对接插入到细孔的锥形开口内。

进一步地，高压气管上靠近锥形端部的位置套装有套管，第一压紧堵头的柱体端面设有内径与套管外径一致的圆凹槽，套管镶嵌在第一压紧堵头的圆凹槽内。

进一步地，高压管体两端的螺纹孔内壁均设有沿着径向向外延伸至外壁的检漏孔，检漏孔靠近螺纹孔的底部。

进一步地，第一压紧堵头和第二压紧堵头露出于螺纹孔的部分为六角形块。

进一步地，高压管体的两端外壁设有对称的切面。

依据上述实施例的中子散射用高压气体样品盒，由于高压管体内高压腔体的两端分别被高压气管和活塞推杆堵住，并且高压气管与细孔对接，活塞推杆上套装有密封环和垫环，使得高压腔体具有较高的气密性，能够满足中子散射使用。

附图说明

图1为一种实施例中中子散射用高压气体样品盒的剖视结构图；

图2为图1的局部放大图A；

图3为一种实施例中中子散射用高压气体样品盒的爆炸结构图；

图4为图3的局部放大图B。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

在本实施例中提供了一种中子散射用高压气体样品盒，本高压气体样品盒为一个用于存储高压气体的金属罐，可用于中子散射等科学实验。

如图1和图3所示，中子散射用高压气体样品盒主要包括高压管体1、压紧堵头2、高压气管3、推杆组件4和密封环组件5。

高压管体1由高强度的铝合金或中子零散射钛锆合金制成，高强度的铝合金具有较好的中子透过率，中子零散射钛锆合金没有衍射峰，不同材料具有不同的优缺点，需根据具体实验需求选择材料。高压管体1的中间内部设有一个长条状圆柱型的高压腔体，高压腔体用于容置样品及高压气体，高压管体1的两端面分别设有一个螺纹孔，两端的螺纹孔孔径相等，并且螺纹孔的直径大于高压腔体的直径，图1所示方位，高压腔体的上端通过一个细孔与上端的螺纹孔导通，高压腔体的下端延伸至与下端的螺纹孔导通，并且螺纹孔、细孔和高压腔体的中心线对齐，位于同一条直线上。

压紧堵头2包括第一压紧堵头21和第二压紧堵头22，第一压紧堵头21和第二压紧堵头22均具有一个带螺纹的柱体，两者中间还设有一个贯穿整体的螺纹通孔，通孔与到螺纹孔的柱体同轴心。第一压紧堵头21的柱体安装在高压管体1上端的螺纹孔内，第二压紧堵头22的柱体安装在高压管体1下端的螺纹孔内。第一压紧堵头21和第二压紧堵头22分别用于安装固定高压气管3和推杆组件4。

高压气管3由高级不锈钢材料制成，是无缝、冷拔钢管，加工强化后获得高强度和耐腐蚀性。高压气管3的外壁设有外螺纹，高压气管3的外螺纹与第一压紧堵头21的螺纹通孔相适配，高压气管3的一端固定在第一压紧堵头21的螺纹通孔内，并延伸至高压管体1的螺纹孔底部与细孔对接，高压气管3通过螺纹与第一压紧堵头21具有较高的密封性。

为了进一步提高气密性，将高压气管3与细孔对接的端部设置成锥形，细孔的开口设置为对应的锥形口，高压气管3的锥形端部对接卡入细孔的锥形口内，加大了高压气管3与细孔开口的接触面积，从而提高了对接口处的气密性。

为了进一步提高气密性，在高压气管3靠近锥形口的外壁上套装有一个套管6，对应的，在第一压紧堵头21的柱体端面设有一个圆凹槽，套管6镶嵌在第一压紧堵头21的圆凹槽内。第一压紧堵头21和套管6将高压气管3紧密的固定在高压管体1上端的螺纹孔内，实现了高压气管3对接固定及对接处的密封。

推杆组件4包括活塞推杆41和螺母42，活塞推杆41包括端部的活塞及与活塞连为一体的推杆，活塞推杆41的活塞位于高压管体1内高压腔体的下端，活塞推杆41可取出，用于将样品放入高压腔体内，活塞推杆41可向高压腔体内挤压保证高压。活塞推杆41的活塞端位于高压腔体内，高压腔体的推杆从高压腔体向外延伸，推杆上设有外螺纹，并与第二压紧堵头22的螺纹通孔适配，推杆通过外螺纹密封固定在第二压紧堵头22的螺纹通孔内，活塞推杆41的推杆穿过第二压紧堵头22的螺纹通孔露出在外面。螺母42为六角螺母，锁紧在活塞推杆41的推杆露出的部分，并且螺母42紧贴在第二压紧堵头22的端面上，螺母42用于驱动活塞螺杆41挤压进入或退出高压腔体。

如图2和图4所示，密封环组件5包括密封环51和垫环52，密封环51包括依次排列的铜环、铅环、铟环、铅环和铜环，五个密封环根据强度大小依次排列，其顺序不能改变。密封环51和垫环52贴靠在一起，套装在活塞推杆41的推杆上，并且位于活塞推杆41的活塞端与第二压紧堵头22之间，密封环51与活塞端贴合，垫环52与第二压紧堵头22贴合，即密封环51位于内侧，垫环52位于外侧，垫环52和活塞推杆41均由硬质合金制成，在螺母42驱动下，五个密封环51被垫环52和活塞推杆41的活塞端挤压变形，从而将高压腔体的下端密封住，下端的密封方式在样品盒放置于低温环境中也不会影响其密封效果，不会发生脆化现象，可以实现高气压气体与低温环境的耦合。

为了防止高压腔体内的样品颗粒从上端跑出，在高压腔体与细孔对接的端部安装有过滤器7，过滤器7呈圆饼状结构，其外径与高压腔体内径相等，过滤器7可从下端在样品进入前装入，过滤器7上设有微孔，微孔的孔径小于样品颗粒的粒度，从而当测试的样品为粉末状样品时，防止了加压状态下粉末样品被气流吹散带入到高压气管3内，对高压气管3等部件造成污染。

为了检测高压腔体两端的气密性，在高压管体1两端的螺纹孔内壁上设有径向向外延伸至外壁的检漏孔，检漏孔靠近螺纹孔底部设置，当高压腔体两端出现漏气时，最先到达螺纹孔的底部，故检漏孔设置在螺纹孔底部可有效的检测高压腔体两端的气密性，检漏孔可与外部的检漏仪连接，检漏仪可精确的检测高压腔体两端的气密性。

本实施例中，高压管体1的中部位置的外壁薄与两端的壁厚，具有为高压腔体部分的壁厚薄于其他部分的壁厚，减薄高压腔体的壁厚可有效减少中子的损失及相干散射背底，并且中部更薄的部分两端进行圆倒角过渡，以减少应力集中，延长样品盒的使用寿命。

为了方便安装及密封，第一压紧堵头21和第二压紧堵头22露出高压管体1的部分设置为六角形块，高压管体1的两端外壁设有对称的切面，六角形块和切面都可用于卡接把手，便于第一压紧堵头21和第二压紧堵头22的拆装。

本实施例的中子散射用高压气体样品盒的工作原理为：

密封安装：先将上端的高压气管3通过第一压紧堵头21和套管6密封固定在高压管体1上端的螺纹孔内，再将过滤器7从下端的螺纹孔放置到高压腔体内，接着将样品放入到高压腔体内，然后通过第二压紧堵头22将活塞推杆41和密封组件5安装到高压管体1的下端，最后将螺母42锁死固定到活塞推杆41的推杆上。

密封检测调节：将高压气管3连接到检漏仪，通过高压管体1两端的检漏孔，分别检测高压腔体两端的气密性，高压腔体上端的气密性通过第一压紧堵头21调节，高压腔体下端的气密性通过第二压紧堵头22和螺母42调节。

抽真空及充气：中子散射实验前，需要通过高压气管1对高压腔体进行抽真空，当真空压力达到设定压力点后，停止抽真空，关闭阀门。如果真空度下降，则说明高压腔体的气密性不好，可通过上述密封调节方式调节高压腔体的气密性，当高压腔体达到预设的气密性后，充入实验所需种类的高纯气体，当高压腔体压力达到所需压力后，拧紧阀门，开启中子通道开关，开始样品在原位高压气体下的中子散射实验。中子散射实验后，将高压腔体4中的气体排空，清理出样品，洗净待下次实验使用。

本实施例提供的中子散射用高压气体样品盒，由于高压管体1内高压腔体的两端分别被高压气管3和活塞推杆41堵住，并且高压气管3与细孔对接，活塞推杆41上套装有密封环51和垫环52，使得高压腔体具有较高的气密性，能够满足中子散射使用。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，包括：

高压管体，其内部设有圆柱型的高压腔体，两端面均设有螺纹孔，所述螺纹孔的直径大于所述高压腔体的直径，所述高压腔体的一端延伸至与所述螺纹孔导通，另一端通过细孔与所述螺纹孔导通；

压紧堵头，其包括第一压紧堵头和第二压紧堵头，所述第一压紧堵头和第二压紧堵头均具有带螺纹的柱体，并且两者中心设有贯穿的螺纹通孔，所述第一压紧堵头和第二压紧堵头通过带螺纹的柱体分别安装在所述高压管体两端的螺纹孔内，所述第一压紧堵头位于所述高压管体具有细孔的一端，所述第二压头位于另一端；

高压气管，其设有外螺纹，一端固定在所述第一压紧堵头的螺纹通孔内，并延伸至所述高压管体的螺纹孔底部与细孔对接；

推杆组件，其包括活塞推杆和螺母，所述活塞推杆的活塞端与所述高压管体的高压腔体相适配，所述活塞推杆的推杆具有外螺纹，所述活塞推杆的活塞端位于所述高压腔体内，所述活塞推杆的推杆从所述第二压紧堵头的螺纹通孔穿出，穿出所述第二压紧堵头的所述活塞推杆的部分推杆上设有外螺纹，所述螺母套装在所述活塞推杆上，并且端面与所述第二压紧堵头的端面贴合；

以及密封环组件，其包括密封环和垫环，所述密封环和垫环贴合套在所述活塞推杆的推杆上，并位于所述活塞推杆的活塞端与第二压紧堵头之间；所述密封环与所述活塞推杆的活塞端贴合，并整体位于所述高压腔体内，所述垫环与所述第二压紧堵头贴合，并部分位于所述高压腔体内。

2.如权利要求1所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述密封环包括依次排列的铜环、铅环、铟环、铅环和铜环。

3.如权利要求2所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述高压管体由铝合金或钛锆合金制成，所述高压气管由不锈钢材料制成。

4.如权利要求3所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述高压管体中部具有高压腔体部分的壁厚比两端薄。

5.如权利要求4所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，在所述高压腔体内设有过滤器，所述过滤器贴靠在所述高压腔体与细孔导通的端部，所述过滤器上具有孔径小于样品粒度的微孔。

6.如权利要求5所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述高压气管与所述细孔对接的端部设为锥形，所述细孔的端部设为对应的锥形开口，所述高压气管的锥形端部对接插入到所述细孔的锥形开口内。

7.如权利要求6所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述高压气管上靠近锥形端部的位置套装有套管，所述第一压紧堵头的柱体端面设有内径与所述套管外径一致的圆凹槽，所述套管镶嵌在所述第一压紧堵头的圆凹槽内。

8.如权利要求7所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述高压管体两端的螺纹孔内壁均设有沿着径向向外延伸至外壁的检漏孔，所述检漏孔靠近所述螺纹孔的底部。

9.如权利要求8所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述第一压紧堵头和第二压紧堵头露出于所述螺纹孔的部分为六角形块。

10.如权利要求9所述的中子散射用高压气体样品盒，其特征在于，所述高压管体的两端外壁设有对称的切面。