CN210247130U - 一种加速器的碳膜连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及粒子加速器技术领域，具体涉及一种加速器的碳膜连接结构，所述支架分为夹持臂和安装座，夹持臂的一端与安装座固定连接，另一端为露出部分碳膜的夹持部；所述夹持臂与安装座均为导体且相互导通,所述安装座还与一可根据电信号计算束流强度的上位机电性连接；本实用新型通过设计碳膜的安装结构实现了束流强度信号的采集，无需增设会阻断束流的部件，结构简单，操作方便，有利于质子回旋加速器的长时间运行以及物理实验终端试验的开展。

Description

一种加速器的碳膜连接结构

技术领域

本实用新型涉及粒子加速器技术领域，具体涉及一种加速器的碳膜连接结构。

背景技术

根据加速粒子电荷的不同，一般将现代医用回旋加速器分为正离子回旋加速器和负离子回旋加速器；现代医用回旋加速器大多是负离子回旋加速器；负离子回旋加速器用于加速带负电荷的粒子。现代医用回旋加速器多属此类，加速离子均为带负电的氢离子，其优点是加速后高能粒子束流最终的引出效率高，几乎可达100％，缺点是获得高强度H-离子源的难度较大。由于生产正电子核素的许多核反应是由正离子轰击靶材料的原子核来完成的，高能粒子束流引出时需要特定装置将其转变为正离子。这一过程利用碳剥离碳膜来完成，碳膜被定位在回旋加速器粒子旋转轨道最大半径上，当粒子束流的能量达到所需的最大能量时，所有出现在碳膜区域的负离子束必须穿过碳膜，带负电粒子的两个约束松弛的外层电子被剥离，转变为正离子。由于磁场恒定不变，改变了电极性的粒子束受到与原来相反方向的磁场力的作用而改变了运动方向，从而被引出而进入靶室。

由于从碳膜到靶室间还存在着一段引出段，实际进入靶室的高能粒子束流强度会受到诸多环境因素的影响，为了能够实时且准确的测量回旋加速器所输出的质子束流强度进而实时调整回旋加速器的各项工作参数，有必要将回旋加速器的引出处作为高能粒子束流强度的测量位置之一，然而现有技术中如果要在此处采用传统的法拉第杯筒进行束流强度测量，势必阻断高能粒子束流。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种加速器的碳膜连接结构，在配合碳膜的使用后，可实现对束流强度的测量，同时不会造成束流的阻断等不利影响。

上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

加速器的碳膜连接结构,包括支架，所述支架分为夹持臂和安装座，夹持臂的一端与安装座固定连接，另一端为露出部分碳膜的夹持部；

所述夹持臂与安装座均为导体且相互导通,所述安装座还与一可根据电信号计算束流强度的上位机电性连接。

本方案中通过回旋加速器原本的剥离碳膜可使得负氢离子穿过后即被剥离2个电子而变成质子，此时由于负离子变为正离子，在磁场大小方向均保持不变的情况下，轨道曲率反转，质子得以引出加速器外，即质子束沿着引出轨道被引出；由于剥离后电子和质子的速度相同，电子的质量约为质子的两千分之一，电子每次穿过剥离模损失部分能量，运动半径逐渐减小，所以大部分电子会多次穿越剥离碳膜并沉积在剥离碳膜上，由于每个负氢离子在剥离碳膜上损失的电子为2个，存在明确的对应关系，因此测得的电流就对应在单位时间内有多少电子沉积在剥离碳膜上，该电流信号被夹持臂和安装座传输到上位机中完成计算或显示，实现了在线实时监测，且不会对引出质子的束流造成影响。本实用新型通过设计碳膜的安装结构实现了束流强度信号的采集，无需增设会阻断束流的部件，结构简单，操作方便，有利于质子回旋加速器的长时间运行以及物理实验终端试验的开展。

进一步，包括多个环绕所述安装座设置的夹持臂，且每一所述夹持臂上的夹持部距所述安装座的距离相同。

碳膜属于消耗品，而打开机壳更换碳膜则需要停机以及进行打开机壳准备工作；同时夹持多个碳膜，通过旋转安装座可以容易的做到碳膜的切换，无需打开机壳就可以实现碳膜的更换，减少了打开机壳去维护的次数，从而降低了维护成本。

进一步，包括多个环绕所述安装座设置的夹持臂，其中至少两个所述夹持臂上的夹持部距所述安装座的距离不同。

不同长度的夹持臂对应不同的碳膜安装位置需要，通过改变安装姿态或者转动安装座就可以容易的做到碳膜安装位置的切换，一种直接适应多种情况，无需每种情况单独生产一支架，便可以适配不同规格的碳膜安装位置。

进一步，所述夹持部为开设在所述夹持臂自由端的U字型凹槽，所述碳膜的边缘分别被夹持在所述U字型凹槽的两臂和槽底处。

U字型凹槽，三面封闭，一面开口，方便于碳膜从没有阻挡的开口一边装入夹持部，同时足以保持夹持的稳固。

进一步，所述夹持部裂开为可拆卸连接的固定部和活动部，所述碳膜的边缘被夹持于固定部与活动部的对合面上。

可拆卸结构便于碳膜的更换，对合的固定部和活动部之间的夹缝面(对合面)夹持面积大，十分适合膜状元件的夹持，利于保持碳膜的形态，不发生形变。

进一步，还被包括用于带动所述安装座旋转的旋转机构。

进一步，所述旋转机构为能被动力机构带动旋转的旋转杆，所述旋转杆为导体并与所述安装座固定连接，所述旋转杆作为信号传输的媒介与安装座导通。

将旋转杆与信号传输线路合二为一，减少了元器件的数量和布线需求，简化了结构，进而也减少了可能会对信号产生干扰的因素。

进一步，所述安装座上还设有使所述支架与地面绝缘的绝缘部。

本方案被安装到回旋加速器上时，不可避免的会与其他零件产生接触，设置绝缘部以保证信号不会被接地。

进一步，所述绝缘部为绝缘环，所述绝缘环置于所述安装座与所述旋转杆连接的一面，并外套在所述旋转杆上，且与所述安装座滑动连接。

绝缘环可以承载整个支架，利用该结构作为本方案与回旋加速器间的连接部，可同时在该处实现支架与旋转杆均对地绝缘。

进一步，所述转杆外，套设有与所述转杆绝缘的套筒。

通过套设套筒，转杆与外界隔离，并且被设置为绝缘，起到保护转杆防止转杆上的信号被接地的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中的支架的仰视图。

图2为图1中的支架的正视图。

图3为本实用新型实施例一中的加速器的碳膜连接结构的安装结构示意图。

图4为图3中的套筒的剖视图。

图5为本实用新型实施例二中的支架的仰视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一，

说明书附图1～4中的附图标记包括：支架1、碳膜10、安装座11、沉孔111、夹持臂12、固定部121、活动部122、绝缘环2、旋转杆3、方形端31、套筒4、上绝缘套41、下绝缘套42。

实施例例中的加速器的碳膜10连接结构,包括支架1，所述支架1基本如图1和图2所示，分为夹持臂12和安装座11，夹持臂12的一端与安装座11一体成型，本实施例中环绕安装座11共设置了长度相同的三个夹持臂12，夹持臂12与安装座11均为导体且相互导通,本实施例中优选的采用了石墨作为支架1的材料，以耐受高能粒子束流通过时所带来的高温；每一所述夹持臂12的端部均为夹持部，由于夹持臂12的长度相同同，这些夹持部距所述安装座11的距离也就相同。

如图2所示，所述夹持部为开设在所述夹持臂12自由端的U字型凹槽，碳膜10有三侧的边缘分别被夹持在所述U字型凹槽的两臂和槽底处，剩下一侧的边缘以及中部主要的工作面积暴露在外，以在工作时高速粒子束通过，同时所述夹持部裂开为通过螺钉可拆卸连接的固定部121和活动部122，所述碳膜10的边缘被固定部121与活动部122夹持于二者的对合面上。

U字型凹槽，三面封闭，一面开口，方便于碳膜10从没有阻挡的开口一边装入夹持部，同时足以保持夹持的稳固，可拆卸结构便于碳膜10的更换，对合的固定部121和活动部122之间的对合面(即夹缝处)夹持面积大，十分适合膜状元件的夹持，利于保持碳膜10的形态，不发生形变。

碳膜10属于消耗品，而打开机壳更换碳膜10则需要停机以及进行打开机壳的准备工作；同时夹持多个碳膜10，通过旋转安装座11可以容易的做到碳膜10的切换，无需打开机壳就可以实现碳膜10的更换，减少了打开机壳去维护的次数，从而降低了维护成本。为了方便驱动整个支架1旋转，本实施例中还包括用于带动所述安装座11旋转的旋转机构。

该旋转机构为能被动力机构带动旋转的旋转杆3，为了与旋转杆3进行连接，如图1中所示的那样，安装座11的中心处开设有沉孔111，沉孔111的下沉部分为圆柱形，贯通部分则为一方孔；相应的如图4中所示的，旋转杆3与安装座11连接的一端为与方孔配合的方形端31，紧接方形端31的部分的外周则与沉孔111的下沉部分配合，方形端31插入方孔后，即可实现与安装座11的传动连接，同时所述旋转杆3作为信号传输的媒介与安装座11导通，以实现与可根据电信号计算束流强度的上位机的电性连接。将旋转杆3与信号传输线路合二为一，减少了元器件的数量和布线需求，简化了结构，进而也减少了可能会对信号产生干扰的因素。

图2中示出了本实施例被安装到回旋加速器上的安装结构示意图，支架1需要被安装在高能离子束流的导出处，不可避免的，本实施例会与回旋加速器的壳体，设置绝缘部以保证信号不会被接地。

如图3中所示，所述绝缘部为绝缘环2，所述绝缘环2置于所述安装座11与所述旋转杆3连接的一面，并外套在所述旋转杆3上，安装座11与绝缘环2之间可以相对滑动，而绝缘环2的截面为工字形，上下两个口沿向外延展开，可将整个绝缘环2卡在回旋加速器机壳上开设的通孔内。

绝缘环2可以承载整个支架1，利用该结构作为本方案与回旋加速器间的连接部，可同时在该处实现支架1与旋转杆3均对地绝缘。

如图3中示出的那样，本实施例中的旋转杆3伸出绝缘环2的部分上外套有一套筒4；如图4所示，旋转杆3的两端均伸出套筒4；

而靠近套筒4靠近方形端31的一侧开口与转杆间安装有上绝缘套41，另一端开口处与转杆间安装有下绝缘套42；上、下绝缘套42均为绝缘耐高温材质，如高温尼龙，二者共同卡紧转动杆，进而套筒4可以通过摩擦力带动转杆一起转动，装杆处于套筒4内且不被上、下绝缘套42覆盖的部分与套筒4的内壁间存在空隙，该缝隙以及上、下绝缘套42使得转杆与套筒4绝缘。

通过连接结构的设计，可同时实现套筒4与动力机构的传动连接以及装杆与上位机的电性连接。

例如采用一三通密封法兰，该三通密封法兰上的一端与套筒4固定连接，使转杆伸入该三通密封法兰，与该端同轴的另一端则与一伺服电机的输出轴通过联轴器固定连接，该输出轴与旋转杆3为同轴关系，于是伺服电机可作为旋转杆3及套筒4的动力机构，通过控制伺服电机的旋转则可驱动支架1的旋转，从而实现夹持臂12的切换；三通密封法兰余下的一个端口用于固定和接通BNC导线接口，BNC导线的一端在三通密封法兰内与转杆连接，另一端则连接至可根据电信号计算束流强度的上位机，以此建立起碳膜10与上位机的电性连接。相关技术中还给出了很多其他的连接方式，此处仅给出一例但不限于此。

本实施例具体实施过程如下：

本方案中通过回旋加速器原本的碳膜10可使得负氢离子穿过后即被剥离两个电子而变成质子，此时由于负离子变为正离子，在磁场大小方向均保持不变的情况下，轨道曲率反转，质子得以引出加速器外，即质子束沿着引出轨道被引出；由于剥离后电子和质子的速度相同，电子的质量约为质子的两千分之一，电子每次穿过碳膜10损失部分能量，运动半径逐渐减小，所以大部分电子会多次穿越碳膜10并沉积在碳膜10上，由于每个负氢离子在碳膜10上损失的电子为两个，存在明确的对应关系，因此测得的电流就对应在单位时间内有多少电子沉积在碳膜10上。该电流信号经由支架1、旋转杆3、BNC导线传输到上位机中完成计算或显示，实现了在线实时监测，且不会对引出质子的束流造成影响。本实用新型通过设计碳膜10的安装结构实现了束流强度信号的采集，结构简单，操作方便，有利于质子回旋加速器的长时间运行以及物理实验终端试验的开展。

实施例二

说明书附图5中的附图标记包括：安装座21、夹持臂22。

如图5所示，本实施例与实施例一的不同在于，环绕安装座21共设置了长度各不相同的三个夹持臂22，每一夹持臂22对应不同的碳膜安装位置需要，通过改变安装姿态或者转动安装座21就可以容易的做到碳膜安装位置的切换，一种支架直接适应多种情况，无需每种情况单独生产一支架，本实施例中的三个夹持臂22分别适合于长、中、短三种规格的碳膜安装位置。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.加速器的碳膜连接结构，包括支架，其特征在于：所述支架分为夹持臂和安装座，夹持臂的一端与安装座固定连接，另一端为露出部分碳膜的夹持部；

所述夹持臂与安装座均为导体且相互导通,所述安装座还与一可根据电信号计算束流强度的上位机电性连接。

2.根据权利要求1所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：所述夹持部为开设在所述夹持臂自由端的U字型凹槽，所述碳膜的边缘分别被夹持在所述U字型凹槽的两臂和槽底处。

3.根据权利要求1所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：所述夹持部裂开为可拆卸连接的固定部和活动部，所述碳膜的边缘被夹持于固定部与活动部的对合面上。

4.根据权利要求1所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：包括多个环绕所述安装座设置的夹持臂，且每一所述夹持臂上的夹持部距所述安装座的距离相同。

5.根据权利要求1所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：包括多个环绕所述安装座设置的夹持臂，其中至少两个所述夹持臂上的夹持部距所述安装座的距离不同。

6.根据权利要求4或5所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：还被包括用于带动所述安装座旋转的旋转机构。

7.根据权利要求6所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：所述旋转机构为能被动力机构带动旋转的旋转杆，所述旋转杆为导体并与所述安装座固定连接，所述旋转杆作为信号传输的媒介与安装座导通。

8.根据权利要求7所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：所述转杆外，套设有与所述转杆绝缘的套筒。

9.根据权利要求7所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：所述安装座上还设有使所述支架与地面绝缘的绝缘部。

10.根据权利要求9所述的加速器的碳膜连接结构，其特征在于：所述绝缘部为绝缘环，所述绝缘环置于所述安装座与所述旋转杆连接的一面，并外套在所述旋转杆上，且与所述安装座滑动连接。

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