CN211184392U - 一种基于重频激光打靶的自动换靶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，该自动换靶系统包括上靶单元和卸靶单元，上靶单元包括纳米靶仓组件和上靶组件，卸靶单元包括纳米靶定位组件和卸靶组件；纳米靶仓组件中存储纳米靶，上靶组件将其中的新纳米靶推入纳米靶定位组件中，并通过卸靶组件将打靶后的废纳米靶推出纳米靶定位组件，置入纳米靶仓组件中；上靶单元的上靶方向与卸靶单元的卸靶方向相对。本实用新型中自动换靶系统通过自动化设备能够在高真空度下实现高精度换靶，解决换靶的重复性和稳定性问题。

Description

一种基于重频激光打靶的自动换靶系统

技术领域

本发明涉及激光加速领域，尤其涉及一种基于重频激光打靶的自动换靶系统。

背景技术

近年来，基于激光加速的新型离子加速器因其体积小、加速梯度高、系统复杂度低等突出优点，引起了广泛的关注，产生的离子具有脉冲宽度短、峰值流强高、源尺寸小、转换效率高等优点，在肿瘤治疗、离子成像、惯性约束聚变等领域有着广泛的应用前景。

由于激光加速器的先进性及其未来巨大的应用潜力，国内外很多大型研究机构在该领域展开了激烈的竞争。美国、欧洲、日本等世界科技强国竞相支持，制定了相应的激光加速器研究计划，并给予了大规模的经费支持，经过十几年的发展，建立了一定规模的激光加速器科学装置，攻克了一批关键技术，并开展了相关的应用技术研究，取得了丰硕的成果。

激光加速器虽然有诸多优点，但要从基础科学走向技术应用，仍有较多问题亟待解决。例如，激光加速器在质子肿瘤治疗领域被寄予厚望，但在加速获得的质子能量与数量上始终没有满足该应用要求。随着激光技术的发展，激光输出功率不断提高，通过拍瓦激光已获得94MeV的质子，可应用于开展眼癌、头颈部肿瘤等相对浅层肿瘤的治疗研究，理论研究给出，随着激光输出功率的进一步提高，将产生能量满足肿瘤治疗需求的质子。质子的数量同样对肿瘤治疗有关键影响，目前单发激光打靶加速产生的质子束团在产额上尚未满足治疗需求，研究表明，可通过高重频的激光打靶产生质子束团的多发累积，从而达到治疗效果。

目前，本发明人已提出了通过重频换靶系统匹配高重频激光实现高重频稳定打靶的解决方案，初步解决了激光加速质子产额较低带来的应用空间不足的问题，但由于重频换靶系统工作于真空条件下，负载的所有靶打完后仍存在无法更换的问题，依然无法实现可持续的高重频稳定打靶。因此，实现可持续的高重频稳定激光打靶，将是激光加速质子真正走向应用的必备条件。

基于上述问题，亟需一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，通过保证换靶的持续性和高精度性，实现可持续的高重频稳定打靶。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，该自动换靶系统包括上靶单元和卸靶单元，上靶单元用于将新纳米靶置入卸靶单元中用于固定纳米靶的部位，卸靶单元用于将使用后的废纳米靶置入上靶单元中用于存储废纳米靶的部位；本实用新型中自动换靶系统通过自动化设备能够在高真空度下实现高精度换靶，从而完成本实用新型。

本实用新型的目的在于提供以下技术方案：

一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，该自动换靶系统包括上靶单元和卸靶单元，上靶单元包括纳米靶仓组件和上靶组件，卸靶单元包括纳米靶定位组件和卸靶组件；

纳米靶仓组件中存储纳米靶，上靶组件将其中的新纳米靶推入纳米靶定位组件中，并通过卸靶组件将打靶后的废纳米靶推出纳米靶定位组件，置入纳米靶仓组件中；

上靶单元的上靶方向与卸靶单元的卸靶方向相对。

作为进一步优选地，所述纳米靶100包括靶架110和铺设在靶架上的薄膜，该薄膜上负载有能够通过激光或高重频激光轰击产生质子的物质，

靶架110上分布有规则或不规则排列的透孔。

作为进一步优选地，上靶单元和卸靶单元分置于两个独立但允许连通的腔体中；

上靶单元位于打靶真空腔200，卸靶单元位于换靶真空腔 300，打靶真空腔200和换靶真空腔300为两个独立腔体，两腔体共用一个腔体面或一个腔体面的局部区域，在腔体面共用部分开设有贯通两腔体的连通域400，换靶时纳米靶通过该连通域 400由上靶单元进入卸靶单元。

作为进一步优选地，在连通域400的任意一侧腔体面上安装真空阀门500，通过开启或关闭该真空阀门500实施打靶真空腔 200和换靶真空腔300的连通和隔离。

作为进一步优选地，纳米靶仓组件包括纳米靶仓610、用于固定和支撑纳米靶仓610的靶仓支架620、以及带动纳米靶仓610 直线移动的纳米靶仓平移滑轨630，纳米靶仓610移动过程中与上靶组件之间的垂直距离不变；纳米靶仓610中开设有至少两个前后两端开通的靶槽611，能够竖向固定纳米靶100。

作为进一步优选地，上靶组件包括上靶支架710、上靶升降滑轨720、上靶推进滑轨730和上靶推体740；上靶支架710和纳米靶仓平移滑轨630固定在同一平面上，用于支撑上靶升降滑轨720、上靶推进滑轨730和上靶推体740；上靶升降滑轨720固定在上靶支架710上，其滑块上固定连接板，通过连接板连接上靶推进滑轨730，带动上靶推进滑轨730的升降；上靶推进滑轨730的滑道与纳米靶仓610上靶槽611的开孔方向相同，上靶推进滑轨730的滑块上固定上靶推体740，上靶推体740具有一定长度，且其另一端不固定为自由端，滑块在滑道上带动上靶推体 740沿纳米靶仓610上槽靶槽611的开孔方向移动，上靶推体740 的自由端进入载有纳米靶100的靶槽611中，将纳米靶100推出，进入纳米靶定位组件。

作为进一步优选地，纳米靶定位组件与纳米靶仓组件相对，包括纳米靶换靶轨道810、用于固定和支撑纳米靶换靶轨道810 的靶道支架820、以及带动纳米靶换靶轨道810在靠近或远离纳米靶仓610方向上直线移动的靶道平移滑轨830；所述纳米靶换靶轨道810为一端开口的U形换靶轨道，包括内设凹槽且使凹槽上下相对的两平行臂811、以及U形换靶轨道末端连接两平行臂 811且向背离纳米靶方向翻折的连接臂812，两平行臂811的凹槽内卡设纳米靶100，纳米靶100沿两平行臂811滑动。

作为进一步优选地，两平行臂811的末端设有向内扣的靶道凸起813，该靶道凸起813减小了两平行臂811的间距，对纳米靶 100限位；

靶道支架820上安装带动纳米靶换靶轨道810上下移动的靶道升降滑轨840，通过靶道升降滑轨840与靶道平移滑轨830共同调整纳米靶的位置。

作为进一步优选地，卸靶组件包括卸靶支架910、卸靶升降滑轨920、卸靶推进滑轨930和卸靶推体940；

卸靶支架910和靶道平移滑轨830固定在同一平面上，用于支撑卸靶升降滑轨920、卸靶推进滑轨930和卸靶推体940；卸靶升降滑轨920固定在卸靶支架910上，卸靶升降滑轨920的滑块上固定连接板，通过连接板连接卸靶推进滑轨930，带动卸靶推进滑轨930的升降；卸靶推进滑轨930的滑道与纳米靶换靶轨道810 上的两平行臂811平行，卸靶推进滑轨930的滑块上固定卸靶推体940，卸靶推体940具有一定长度，且其另一端不固定为自由端，滑块在滑道上带动卸靶推体940沿纳米靶换靶轨道810的开口方向移动，卸靶推体940的自由端接触纳米靶100后，推动纳米靶100向脱离纳米靶换靶轨道810的方向移动。

根据本实用新型提供的一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，具有以下有益效果：

(1)本实用新型中，纳米靶仓开设有至少两个前后两端开通的靶槽，配合上靶组件和卸靶组件，能够实现新靶的存储- 上靶和废靶的卸靶-存储，利于实现自动化的重频打靶；

(2)本实用新型中，纳米靶仓平移滑轨、上靶升降滑轨、上靶推进滑轨、靶道平移滑轨、靶道升降滑轨的多维度配合移动，能够精准实现上靶操作；

靶道平移滑轨、靶道升降滑轨、卸靶升降滑轨、以及卸靶推进滑轨、以及纳米靶仓平移滑轨的多维度配合移动，能够精准实现卸靶操作。

(3)本实用新型中，纳米靶换靶轨道的U形开口设计以及其上凸起的设置，能够简单高效的实现纳米靶在纳米靶换靶轨道上的精确定位；

(4)在高真空度下，相对设置的上靶单元和卸靶单元能够解决当前打靶的重复性和再现性问题。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的自动换靶系统的俯视图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的自动换靶系统上靶方向的结构示意图；

图3示出根据本实用新型一种优选实施方式的自动换靶系统卸靶方向的结构示意图；

图4示出根据本实用新型一种优选实施方式的纳米靶的靶架结构示意图；

图5示出根据本实用新型中真空阀门为板框式阀门时一种优选实施方式的结构示意图；

图6示出根据本实用新型一种优选实施方式的纳米靶仓的结构示意图；

图7示出根据本实用新型一种优选实施方式的纳米靶换靶轨道结构示意图；

图8示出根据本实用新型一种优选实施方式的纳米靶换靶轨道与连接件一体成型结构示意图。

附图标号说明：

100-纳米靶

110-靶架

200-打靶真空腔

300-换靶真空腔

400-连通域

500-真空阀门

510-框体

520-板阀

521-挡板

522-辅助滑杆

523-挡件

610-纳米靶仓

611-靶槽

620-靶仓支架

630-纳米靶仓平移滑轨

710-上靶支架

720-上靶升降滑轨

730-上靶推进滑轨

740-上靶推体

810-纳米靶换靶轨道

811-平行臂

812-连接臂

813-靶道凸起

820-靶道支架

830-靶道平移滑轨

840-靶道升降滑轨

910-卸靶支架

920-卸靶升降滑轨

930卸靶推进滑轨

940-卸靶推体

1000-真空泵

1100-放气阀

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其他实施例。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，该自动换靶系统包括上靶单元和卸靶单元，上靶单元用于将新纳米靶置入卸靶单元中用于固定纳米靶的部位，卸靶单元用于将使用后的废纳米靶置入上靶单元中用于存储废纳米靶的部位；

上靶单元的上靶方向与卸靶单元的卸靶方向相对。

其中，如图4所示，纳米靶100包括靶架110和铺设在靶架110 上的薄膜，该薄膜为能够通过激光或高重频激光轰击产生质子的物质制成，薄膜的厚度为纳米级别，其种类包括金属薄膜、高分子薄膜、类金刚石薄膜等。

如图4所示，靶架110上分布有规则或不规则排列的透孔，优选透孔均匀分布，更优选为线性均匀分布。薄膜附着于靶架 110上(可以想象成蜂窝煤上贴了一层塑料)，激光聚束后轰击透孔位置露出的纳米靶材，将纳米靶材中的质子激发出来形成质子束。为了提高打靶效率，一个靶架上设置了很多的透孔，通过传动机构移动位置，将各个透孔逐一对准激光束。排布方式可以是线性均匀分布，也可以随机分布，由于线性均匀分布可以提高排布密度，充分利用靶架的面积，而且等距下换位定向容易，其为多种排布方式中的最优解。

在本实用新型中，上靶单元和卸靶单元可以位于同一个腔体或者两个独立但允许连通的腔体。

由于激光打靶是在高真空度下进行的，所以打靶单元处于高真空度下，同时由于上靶单元中存储的新纳米靶的数量是有限的，在所有新纳米靶均使用完毕后，需要重新补入一批纳米靶，如果上靶单元和卸靶单元位于同一腔体中，则整个系统均暴露在非真空环境下，相较于上述情况，上靶单元的独自暴露，利于保持整个自动换靶系统的洁净度，对于精确打靶是有利的。

因此，作为一种优选的实施方式，如图1所示，将上靶单元和卸靶单元分置于两个独立但允许连通的腔体中。上靶单元位于打靶真空腔200，卸靶单元位于换靶真空腔300，打靶真空腔 200和换靶真空腔300为两个独立腔体，两腔体共用一个腔体面或一个腔体面的局部区域，在腔体面共用部分开设有贯通两腔体的连通域400，换靶时纳米靶通过该连通域400由上靶单元进入卸靶单元。

在连通域400的任意一侧腔体面上安装真空阀门500，通过开启或关闭该真空阀门500实施打靶真空腔200和换靶真空腔 300的连通和隔离。

作为进一步优选的实施方式，如图5所示，该真空阀门500 为板框式阀门，该板框式阀门包括中空的框体510和能够在框体 510内滑动的板阀520，框体510一侧板框开设允许板阀520由该侧插入的通槽，框体510其他三侧或通槽两侧的内围板框内开设与板阀520的外沿相配合的凹槽，使板阀520在框体510上滑动以开启或关闭阀门。板框式阀门体积较小，配合抽拉式开关设计，节约了在打靶真空腔200或换靶真空腔300中的占用空间，且推拉式利于两真空腔连通时两侧气流的稳定流动。

作为进一步优选的实施方式，板阀520包括挡板521、辅助滑杆522、以及固定挡板521和辅助滑杆522的挡件523；与此相对应地，框体510的通槽两侧的内围板框内开设允许辅助滑杆插入的通孔，该通孔位于两凹槽的外侧。

在本实用新型中，上靶单元包括纳米靶仓组件和上靶组件。其中，纳米靶仓组件靠近真空阀门500，包括高度位于连通域400 中的纳米靶仓610、用于固定和支撑纳米靶仓610的靶仓支架 620、以及带动纳米靶仓610直线移动的纳米靶仓平移滑轨630，纳米靶仓610移动过程中与连通域400或上靶组件之间的垂直距离不变。

如图6所示，纳米靶仓610中垂直连通域400的方向上开设有至少两个前后两端开通的靶槽611，靶槽611的高度等于或者略大于纳米靶100的最大高度，以稳定竖向固定纳米靶100，靶槽 611的宽度大于纳米靶100，纳米靶100通过上靶组件由靶槽611 推出。优选地，靶槽611上下两端向内对称收缩，使靶槽611形成两端窄中间宽的槽体，两端窄槽能够将纳米靶卡设其中，使纳米靶在靶槽611中的固定或定向移动更为稳定可控。

纳米靶100的形状取决于靶架110的形状，靶架110的形状包括圆形、矩形、梯形等。当靶架110的形状为圆形时，纳米靶仓 610中靶槽611的高度为靶架110的直径或者略大于靶架110的直径，当靶架110的形状为矩形或梯形时，纳米靶仓610中靶槽611 的高度为矩形的宽(长)或梯形的高，或者略大于矩形的宽(长) 或梯形的高。

靶仓支架620通过连接件与纳米靶仓610固定连接，连接件包括粘结剂或者螺纹连接件(螺栓-螺母)等。

纳米靶仓平移滑轨630包括滑道和在滑道中移动的滑块，滑块上直接负载靶仓支架620，如通过螺纹连接件将靶仓支架620 固定在滑块上。

在本实用新型中，上靶组件包括上靶支架710、上靶升降滑轨720、上靶推进滑轨730和上靶推体740。

上靶支架710和纳米靶仓平移滑轨630固定在同一平面上如同一腔体面上，用于支撑上靶升降滑轨720、上靶推进滑轨730 和上靶推体740；上靶升降滑轨720固定在上靶支架710上，其滑块上固定连接板，通过连接板连接上靶推进滑轨730，这样上靶升降滑轨720可以通过连接板带动上靶推进滑轨730的升降。上靶推进滑轨730的滑道与纳米靶仓610上靶槽611的开孔方向相同，上靶推进滑轨730的滑块上固定上靶推体740，上靶推体740 具有一定长度，且其另一端不固定为自由端，滑块在滑道上带动上靶推体740沿纳米靶仓610上槽靶槽611的开孔方向移动，上靶推体740的自由端进入载有纳米靶100的靶槽611中，将纳米靶 100推出，进入纳米靶定位组件。

很明显，上靶推体740进入靶槽611的自由端的高宽应该满足小于靶槽611的高宽的要求，为了便于上靶推体740的末端能够准确、方便的接触纳米靶100，优选上靶推体740的末端具有满足要求的较大的截面积，更优选得，上靶推体740为L形上靶推板，包括平行于上靶推进滑轨730滑道的长臂和垂直于长臂的短壁，长臂能够伸入载有纳米靶100的靶槽611中，短壁对纳米靶100施力，将纳米靶100平稳推出靶槽611。

在一种优选的实施方式中，所述连接板为具有高强度的板材制成，如铁板、钢板、高强度高分子板材等。

在本实用新型中，与上靶单元相对的卸靶单元包括纳米靶定位组件和卸靶组件。

纳米靶定位组件靠近真空阀门500，与纳米靶仓组件相对，包括纳米靶换靶轨道810、用于固定和支撑纳米靶换靶轨道810 的靶道支架820、以及带动纳米靶换靶轨道810在靠近或远离纳米靶仓610方向上直线移动的靶道平移滑轨830。

当激光轰击纳米靶的高度为多个高度时，需要通过调整纳米靶换靶轨道810的高度满足激光轰击不同纳米靶不同高度的要求。因此，作为本实用新型的一种优选的实施方式，在靶道支架820上安装带动纳米靶换靶轨道810上下移动的靶道升降滑轨840，如靶道升降滑轨840通过连接件固定在靶道支架820上。通过靶道升降滑轨840与靶道平移滑轨830共同调整纳米靶的位置，保证激光能够准确轰击纳米靶100中未被轰击过的位置。

在一种优选的实施方式中，如图7所示，所述纳米靶换靶轨道810为一端开口的U形换靶轨道，包括内设凹槽且使凹槽上下相对的两平行臂811、以及U形换靶轨道末端连接两平行臂811 且向背离纳米靶方向翻折的连接臂812，两平行臂811的凹槽内卡设纳米靶100，纳米靶100沿两平行臂811滑动。

在进一步优选的实施方式中，两平行臂811的末端设有向内扣的靶道凸起813，该靶道凸起813减小了两平行臂811的间距，起到了限位的作用，当上靶推体740将纳米靶100由纳米靶仓610 推出进入纳米靶换靶轨道810后，上靶推体740继续推动纳米靶 100在纳米靶换靶轨道810上向末端移动，当受到靶道凸起813 阻挡后，纳米靶100无法前行，上靶推体740返回，完成一次上靶操作。

在更进一步优选的实施方式中，通过连接件将纳米靶换靶轨道810与靶道支架820直接连接，或者通过连接件将纳米靶换靶轨道810与靶道升降滑轨840直接连接，该连接件可以为独立构件，两端分别连接两个功能结构；或者，如图8所示，该连接件与纳米靶换靶轨道810一体成型，为一个独立的构件，起连接功能的结构形成在两平行臂811的下部。

在本实用新型中，卸靶组件包括卸靶支架910、卸靶升降滑轨920、卸靶推进滑轨930和卸靶推体940。

卸靶支架910和靶道平移滑轨830固定在同一平面上如同一腔体面上，用于支撑卸靶升降滑轨920、卸靶推进滑轨930和卸靶推体940；卸靶升降滑轨920固定在卸靶支架910上，卸靶升降滑轨920的滑块上固定连接板，通过连接板连接卸靶推进滑轨 930，这样卸靶升降滑轨920可以通过连接板带动卸靶推进滑轨 930的升降。

卸靶推进滑轨930的滑道与纳米靶换靶轨道810上的两平行臂811平行，卸靶推进滑轨930的滑块上固定卸靶推体940，卸靶推体940具有一定长度，且其另一端不固定为自由端，滑块在滑道上带动卸靶推体940沿纳米靶换靶轨道810的(U形)开口方向移动，卸靶推体940的自由端接触纳米靶100后，推动纳米靶 100向脱离纳米靶换靶轨道810的方向移动。

在一种优选的实施方式中，为了便于卸靶推体940的末端能够准确、方便的接触纳米靶，优选卸靶推体940为L形卸靶推板，包括平行于卸靶推进滑轨930滑道的长臂和垂直于长臂的短壁，短壁对纳米靶100施力，将纳米靶100平稳推出纳米靶换靶轨道 810。

在一种优选的实施方式中，所述连接板为具有高强度的板材制成，如铁板、钢板、高强度高分子板材等。连接板和

上靶操作时，打开真空阀门500，将纳米靶由纳米靶仓610 推入纳米靶换靶轨道810设定位置后，关闭真空阀门500，卸靶升降滑轨920带动卸靶推进滑轨930下降，避免激光照射纳米靶 100时阻挡激光；卸靶操作时，打开真空阀门500，将纳米靶100 由纳米靶换靶轨道810推入纳米靶仓610的空靶槽611中，并更换新的纳米靶100，完成操作后，关闭真空阀门500。

在本实用新型中，所涉及的所有滑轨，如纳米靶仓平移滑轨630、上靶升降滑轨720、上靶推进滑轨730、靶道平移滑轨830、靶道升降滑轨840、卸靶升降滑轨920、以及卸靶推进滑轨930 均可选自滚珠滑轨或丝杠滑轨，滑轨中的滑块均可在电机的带动下沿直线滑动。

如前所述，激光打靶需要在高真空度条件下进行，因而，本发明中自动换靶系统包括抽速满足要求的真空泵，以提供高真空度条件。当自动换靶系统包括打靶真空腔200和换靶真空腔 300时，在两个腔体中分别独立安装一个或多个真空泵1000。

当自动换靶系统运行时，需要保证腔体中的真空度，在真空度无法达到时启动真空泵排出腔体中的气体；当向卸靶单元补充新靶或者对整个系统进行校正检修时，需要将真空环境转换为常压环境，使外部空气进入腔体中，因而需要在自动换靶系统的腔体腔壁上安装放气阀。

当自动换靶系统包括打靶真空腔200和换靶真空腔300时，在两个腔体中分别独立安装一个或多个放气阀1100。

实施例

实施例1

如图1至图3示出了一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，该自动换靶系统包括上靶单元和卸靶单元，上靶单元位于打靶真空腔200，卸靶单元位于换靶真空腔300，打靶真空腔200 和换靶真空腔300为两个独立腔体。

两个独立的上靶真空腔和换靶真空腔300中分别安装一个独立的抽速满足要求的真空泵1000和各一个独立安装的放气阀 1100，用于调整真空度。上靶真空腔和换靶真空腔300共用一个腔体面的局部区域，在腔体面共用部分开设有贯通两腔体的连通域400，在连通域400的打靶真空腔200侧安装真空阀门500。该阀门该真空阀门500为板框式阀门，其包括中空的框体510和能够在框体510内滑动的板阀520，板阀520包括挡板521、辅助滑杆522、以及固定挡板521和辅助滑杆522的挡件523；框体510 一侧板框为允许板阀520由该侧插入的通槽，框体510其他三侧的内围板框内开设与板阀520的外沿相相配合的凹槽，框体510的通槽两侧的内围板框内开设允许辅助滑杆插入的通孔，该通孔位于两凹槽的外侧。

上靶单元包括纳米靶仓组件和上靶组件。

纳米靶仓组件靠近真空阀门500，包括高度位于连通域400 中的纳米靶仓610、用于固定和支撑纳米靶仓610的靶仓支架 620、以及带动纳米靶仓610直线移动的纳米靶仓平移滑轨630，纳米靶仓610移动过程中与连通域400的直线距离不变。

如图6所示，纳米靶仓610中垂直连通域400的方向上开设有六个矩形靶槽611，靶槽611上下两端向内对称收缩，使靶槽611 形成两端窄中间宽的槽体，两端窄槽能够将纳米靶卡设其中。靶槽611的高度等于纳米靶的最大高度，靶槽611的宽度大于纳米靶。

上靶组件包括上靶支架710、上靶升降滑轨720、上靶推进滑轨730和上靶推体740。

上靶支架710和纳米靶仓平移滑轨630固定在同一腔体面上，用于支撑上靶升降滑轨720、上靶推进滑轨730和上靶推体 740；上靶升降滑轨720固定在上靶支架710上，其滑块上固定钢板，通过钢板连接上靶推进滑轨730，这样上靶升降滑轨720可以通过钢板带动上靶推进滑轨730的升降。上靶推进滑轨730的滑道与纳米靶仓610上靶槽611的开孔方向相同，上靶推进滑轨 730的滑块上固定L形上靶推板，滑块在滑道上带动L形上靶推板沿纳米靶仓610上靶槽611的开孔方向移动，长臂能够伸入载有纳米靶的靶槽611中，短壁对纳米靶施力，将纳米靶平稳推出槽体。

卸靶单元包括纳米靶定位组件和卸靶组件。

纳米靶定位组件靠近真空阀门500，与纳米靶仓组件相对，包括纳米靶换靶轨道810、用于固定和支撑纳米靶换靶轨道810 的靶道支架820、靶道支架820的上安装的带动纳米靶换靶轨道 810上下移动的靶道升降滑轨840、以及带动纳米靶换靶轨道810 在靠近或远离纳米靶仓610方向上直线移动的靶道平移滑轨830。

如图7所示，纳米靶换靶轨道810为一端开口的U形换靶轨道，包括内设凹槽且使凹槽上下相对的两平行臂811、以及U形换靶轨道末端连接两平行臂811且向背离纳米靶方向翻折的连接臂812，两平行臂811的凹槽内卡设纳米靶，纳米靶沿两平行臂811滑动。两平行臂811的末端设有向内扣的靶道凸起813，该靶道凸起813减小了两平行臂811的间距，起到了限位的作用。

卸靶组件包括卸靶支架910、卸靶升降滑轨920、卸靶推进滑轨930和卸靶推体940。

卸靶支架910和靶道平移滑轨830固定在同一腔体面上，用于支撑卸靶升降滑轨920、卸靶推进滑轨930和卸靶推体940；卸靶升降滑轨920固定在卸靶支架910上，卸靶升降滑轨920的滑块上固定钢板，通过钢板连接卸靶推进滑轨930，这样卸靶升降滑轨920可以通过钢板带动卸靶推进滑轨930的升降。

卸靶推进滑轨930的滑道与纳米靶换靶轨道810上的两平行臂811平行，卸靶推进滑轨930的滑块上固定L形卸靶推板，滑块在滑道上带动L形卸靶推板沿纳米靶换靶轨道810的U形开口方向移动，L形卸靶推板的短壁接触纳米靶后，对纳米靶施力，将纳米靶平稳推出纳米靶换靶轨道810。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于重频激光打靶的自动换靶系统，其特征在于，该自动换靶系统包括上靶单元和卸靶单元，上靶单元包括纳米靶仓组件和上靶组件，卸靶单元包括纳米靶定位组件和卸靶组件；

纳米靶仓组件中存储纳米靶，上靶组件将其中的新纳米靶推入纳米靶定位组件中，并通过卸靶组件将打靶后的废纳米靶推出纳米靶定位组件，置入纳米靶仓组件中；

上靶单元的上靶方向与卸靶单元的卸靶方向相对。

2.根据权利要求1所述的自动换靶系统，其特征在于，纳米靶(100)包括靶架(110)和铺设在靶架上的薄膜，该薄膜上负载有能够通过激光或高重频激光轰击产生质子的物质，

靶架(110)上分布有规则或不规则排列的透孔。

3.根据权利要求1所述的自动换靶系统，其特征在于，上靶单元和卸靶单元分置于两个独立但允许连通的腔体中；

上靶单元位于打靶真空腔(200)，卸靶单元位于换靶真空腔(300)，打靶真空腔(200)和换靶真空腔(300)为两个独立腔体，两腔体共用一个腔体面或一个腔体面的局部区域，在腔体面共用部分开设有贯通两腔体的连通域(400)，换靶时纳米靶通过该连通域(400)由上靶单元进入卸靶单元。

4.根据权利要求3所述的自动换靶系统，其特征在于，在连通域(400)的任意一侧腔体面上安装真空阀门(500)，通过开启或关闭该真空阀门(500)实施打靶真空腔(200)和换靶真空腔(300)的连通和隔离。

5.根据权利要求1所述的自动换靶系统，其特征在于，纳米靶仓组件包括纳米靶仓(610)、用于固定和支撑纳米靶仓(610)的靶仓支架(620)、以及带动纳米靶仓(610)直线移动的纳米靶仓平移滑轨(630)，纳米靶仓(610)移动过程中与上靶组件之间的垂直距离不变；

纳米靶仓(610)中开设有至少两个前后两端开通的靶槽(611)，能够竖向固定纳米靶(100)。

6.根据权利要求1所述的自动换靶系统，其特征在于，上靶组件包括上靶支架(710)、上靶升降滑轨(720)、上靶推进滑轨(730)和上靶推体(740)；

上靶支架(710)和纳米靶仓平移滑轨(630)固定在同一平面上，用于支撑上靶升降滑轨(720)、上靶推进滑轨(730)和上靶推体(740)；

上靶升降滑轨(720)固定在上靶支架(710)上，其滑块上固定连接板，通过连接板连接上靶推进滑轨(730)，带动上靶推进滑轨(730)的升降；

上靶推进滑轨(730)的滑道与纳米靶仓(610)上靶槽(611)的开孔方向相同，上靶推进滑轨(730)的滑块上固定上靶推体(740)，上靶推体(740)具有一定长度，且其另一端不固定为自由端，滑块在滑道上带动上靶推体(740)沿纳米靶仓(610)上槽靶槽(611)的开孔方向移动，上靶推体(740)的自由端进入载有纳米靶(100)的靶槽(611)中，将纳米靶(100)推出，进入纳米靶定位组件。

7.根据权利要求1所述的自动换靶系统，其特征在于，纳米靶定位组件与纳米靶仓组件相对，包括纳米靶换靶轨道(810)、用于固定和支撑纳米靶换靶轨道(810)的靶道支架(820)、以及带动纳米靶换靶轨道(810)在靠近或远离纳米靶仓(610)方向上直线移动的靶道平移滑轨(830)；

所述纳米靶换靶轨道(810)为一端开口的U形换靶轨道，包括内设凹槽且使凹槽上下相对的两平行臂(811)、以及U形换靶轨道末端连接两平行臂(811)且向背离纳米靶方向翻折的连接臂(812)，两平行臂(811)的凹槽内卡设纳米靶(100)，纳米靶(100)沿两平行臂(811)滑动。

8.根据权利要求7所述的自动换靶系统，其特征在于，两平行臂(811)的末端设有向内扣的靶道凸起813，该靶道凸起813减小了两平行臂(811)的间距，对纳米靶(100)限位。

9.根据权利要求7所述的自动换靶系统，其特征在于，靶道支架(820)上安装带动纳米靶换靶轨道(810)上下移动的靶道升降滑轨(840)，通过靶道升降滑轨(840)与靶道平移滑轨(830)共同调整纳米靶的位置。

10.根据权利要求1所述的自动换靶系统，其特征在于，卸靶组件包括卸靶支架(910)、卸靶升降滑轨(920)、卸靶推进滑轨(930)和卸靶推体(940)；

卸靶支架(910)和靶道平移滑轨(830)固定在同一平面上，用于支撑卸靶升降滑轨(920)、卸靶推进滑轨(930)和卸靶推体(940)；

卸靶升降滑轨(920)固定在卸靶支架(910)上，卸靶升降滑轨(920)的滑块上固定连接板，通过连接板连接卸靶推进滑轨(930)，带动卸靶推进滑轨(930)的升降；

卸靶推进滑轨(930)的滑道与纳米靶换靶轨道(810)上的两平行臂(811)平行，卸靶推进滑轨(930)的滑块上固定卸靶推体(940)，卸靶推体(940)具有一定长度，且其另一端不固定为自由端，滑块在滑道上带动卸靶推体(940)沿纳米靶换靶轨道(810)的开口方向移动，卸靶推体(940)的自由端接触纳米靶(100)后，推动纳米靶(100)向脱离纳米靶换靶轨道(810)的方向移动。

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