一种超导回旋加速器的低温恒温器的密封结构的制作方法

本实用新型属于超导回旋加速器技术领域，具体涉及一种超导回旋加速器的低温恒温器的密封结构。

背景技术：

回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器，其中超导回旋加速器是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。国内已经展开、但暂时还没有完成超导回旋加速器的研制工作。

超导回旋加速器的磁场主要由超导线圈提供，超导线圈放置在低温恒温器内部。超导线圈工作在4K温度下，为减少工作于室温300K温度下的低温恒温器对超导线圈的热对流，低温恒温器内部需要处于真空环境中。所以需要使用一种真空密封方式实现低温恒温器内部的真空密封。现在已有的真空密封方式采用氩弧焊焊接进行密封，无法拆装，检修不便，并且无法满足悬挂系统的定位精度要求，所以无法使用已有的真空密封方式。

技术实现要素：

针对超导回旋加速器低温恒温器真空密封方式的空白，需要设计一种真空密封方式，使得低温恒温器的真空密封能够满足可拆卸、便于检修、满足悬挂系统的定位精度等技术要求。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是一种超导回旋加速器的低温恒温器的密封结构，所述低温恒温器包括由环形的内筒体、外筒体构成的环形结构，还包括设置在所述环形结构上、下端面上的上法兰、下 法兰，所述内筒体、外筒体、上法兰、下法兰共同构成用于放置超导线圈的环形密封仓，还包括设置在所述上法兰、下法兰上的悬挂系统上支撑筒、悬挂系统下支撑筒；设置在所述外筒体上的静电偏转板引出电极支撑筒、束流引出系统支撑筒、径向束流探测靶支撑筒、悬挂系统横向支撑筒，其中，所述密封结构包括：所述上法兰、下法兰与所述内筒体、外筒体之间的密封单元。

进一步，还包括对设置在所述悬挂系统上支撑筒、悬挂系统下支撑筒、悬挂系统横向支撑筒、静电偏转板引出电极支撑筒、束流引出系统支撑筒、径向束流探测靶支撑筒内的设备进行密封的密封单元。

进一步，所述内筒体的上端面上设有第一真空密封槽、下端面上设有第二真空密封槽，所述外筒体的上端面上设有第三真空密封槽、下端面上设有第四真空密封槽，所述上法兰通过螺栓设置在所述内筒体、外筒体的上端面上，分别与所述第一真空密封槽、第三真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，所述环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，所述第一真空密封槽、第三真空密封槽内设有真空密封圈,所述真空密封圈能够与所述环形封闭空间的内表面形成密封，所述密封能够保证所述低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

进一步，所述下法兰通过螺栓设置在所述内筒体、外筒体的下端面上，分别与所述第二真空密封槽、第四真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，所述环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，所述第二真空密封槽、第四真空密封槽内设有真空密封圈,所述真空密封圈能够与所述环形封闭空间的内表面形成密封，所述密封能够保证所述低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

进一步，所述静电偏转板引出电极支撑筒的一端密封焊接在所述外筒体上，用于安装引出电极，所述静电偏转板引出电极支撑筒的开口一端的端面上设有第五真空密封槽，所述第五真空密封槽内设有真空密封圈，所 述引出电极上密封设置有与所述静电偏转板引出电极支撑筒的开口一端相对应的第一安装法兰，所述第一安装法兰通过螺栓将所述引出电极设置在所述静电偏转板引出电极支撑筒内，所述第一安装法兰与所述第五真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，所述环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，所述第五真空密封槽内的所述真空密封圈能够与所述环形封闭空间的内表面形成密封，所述密封能够保证所述低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

进一步，所述束流引出系统支撑筒的一端密封焊接在所述外筒体上，用于安装束流引出系统，所述束流引出系统支撑筒的开口一端的端面上设有第六真空密封槽，所述第六真空密封槽内设有真空密封圈，所述束流引出系统上密封设置有与所述束流引出系统支撑筒的开口一端相对应的第二安装法兰，所述第二安装法兰通过螺栓将所述束流引出系统设置在所述束流引出系统支撑筒内，所述第二安装法兰与所述第六真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，所述环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，所述第六真空密封槽内的所述真空密封圈能够与所述环形封闭空间的内表面形成密封，所述密封能够保证所述低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

进一步，所述径向束流探测靶支撑筒的一端密封焊接在所述外筒体上，用于安装径向束流探测靶，所述径向束流探测靶支撑筒的开口一端的端面上设有第七真空密封槽，所述第七真空密封槽内设有真空密封圈，所述径向束流探测靶上密封设置有与所述径向束流探测靶支撑筒的开口一端相对应的第三安装法兰，所述第三安装法兰通过螺栓将所述径向束流探测靶设置在所述径向束流探测靶支撑筒内，所述第三安装法兰与所述第七真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，所述环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，所述第七真空密封槽内的所述真空密封圈能够与所述环形封闭空间的内表面形成密封，所述密封能够保证所述低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

进一步，所述悬挂系统上支撑筒一端密封焊接在所述上法兰上、所述 悬挂系统下支撑筒一端密封焊接在所述下法兰上、所述悬挂系统横向支撑筒一端密封焊接在所述外筒体外侧；所述悬挂系统上支撑筒、悬挂系统下支撑筒、悬挂系统横向支撑筒内设置有用于悬挂所述超导线圈的悬挂系统。

进一步，

所述悬挂系统上支撑筒、悬挂系统下支撑筒、悬挂系统横向支撑筒内设有安装挡板，所述安装挡板与所述悬挂系统上支撑筒、悬挂系统下支撑筒、悬挂系统横向支撑筒之间通过密封焊接形成环形的第一焊缝；

所述安装挡板中间设有穿孔，所述悬挂系统穿过所述穿孔设置在所述悬挂系统上支撑筒、悬挂系统下支撑筒、悬挂系统横向支撑筒内，所述悬挂系统与所述穿孔之间设有真空密封波纹管，所述真空密封波纹管顶端与所述悬挂系统通过密封焊接形成环形的第三焊缝；

所述真空密封波纹管的底端与所述穿孔之间设有垫片，所述垫片与所述穿孔之间通过密封焊接形成环形的第二焊缝，所述垫片与所述真空密封波纹管的底端之间通过密封焊接形成环形的第四焊缝；

所述第一焊缝、第二焊缝、第三焊缝、第四焊缝所构成的密封能够保证所述低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

更进一步，所述第一焊缝、第二焊缝、第三焊缝、第四焊缝采用氩弧焊真空密封焊接。

本实用新型的有益效果在于：

1.构成密封结构的各个部件能够拆装，方便了检修操作。

2.密封效果稳定。

3.悬挂系统能够在真空环境中进行调整，能够满足超导线圈的定位精度要求。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中所述超导回旋加速器低温恒温器结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式中所述上法兰与所述内筒体的真空密封单元示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中所述下法兰与所述内筒体的真空密封单元示意图；

图4是本实用新型具体实施方式中所述上法兰与所述外筒体的真空密封单元示意图；

图5是本实用新型具体实施方式中所述下法兰与所述外筒体的真空密封单元示意图；

图6是本实用新型具体实施方式中所述悬挂系统上支撑筒与所述悬挂系统的真空密封单元示意图；

图中：1-悬挂系统上支撑筒，2-上法兰，3-内筒体，4-外筒体，5-下法兰，6-悬挂系统下支撑筒，7-静电偏转板引出电极支撑筒，8-束流引出系统支撑筒，9-径向束流探测靶支撑筒，10-螺栓，11-第一真空密封槽，12-第二真空密封槽，13-第三真空密封槽，14-第四真空密封槽，15-真空密封圈，16-悬挂系统，17-第一焊缝，18-第二焊缝，19-第三焊缝，20-第四焊缝，21-安装挡板，22-穿孔，23-垫片，24-真空密封波纹管，25-悬挂系统横向支撑筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，低温恒温器包括由环形的内筒体3、外筒体4构成的中空的环形结构，还包括设置在环形结构上、下端面上的上法兰2、下法兰5。内筒体3、外筒体4、上法兰2、下法兰5共同构成一个环形密封仓，用于放置超导回旋加速器的超导线圈。此外，低温恒温器上还包括设置在上法兰2、下法兰5上的悬挂系统上支撑筒1、悬挂系统下支撑筒6；设置在外筒体4上的静电偏转板引出电极支撑筒7、束流引出系统支撑筒8、径向束流探测靶支撑筒9、悬挂系统横向支撑筒25，。本实用新型提供的一种超导回旋加速器的低温恒温器的密封结构包括：

上法兰2、下法兰5与内筒体3、外筒体4之间的密封；

对设置在悬挂系统上支撑筒1、悬挂系统下支撑筒6、悬挂系统横向支 撑筒25、静电偏转板引出电极支撑筒7、束流引出系统支撑筒8、径向束流探测靶支撑筒9内的设备的密封。

内筒体3的上端面上设有第一真空密封槽11、下端面上设有第二真空密封槽12，外筒体4的上端面上设有第三真空密封槽13、下端面上设有第四真空密封槽14。

上法兰2分别与内筒体3的第一真空密封槽11、外筒体4的第三真空密封槽13构成封闭的环形封闭空间(见图2、图4)，环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，第一真空密封槽11、第三真空密封槽13内设有真空密封圈15,真空密封圈15能够与环形封闭空间的内表面形成密封，密封能够保证低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

下法兰5分别与内筒体3的第二真空密封槽12、外筒体4的第四真空密封槽14构成封闭的环形封闭空间(见图3、图5)，环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，第二真空密封槽12、第四真空密封槽14内设有真空密封圈15,真空密封圈15能够与环形封闭空间的内表面形成密封，密封能够保证低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。

上法兰2、下法兰5通过螺栓10设置在内筒体3、外筒体4上，在本实施例中，使用36根周向均布的内六角M10螺栓压紧，保证真空密封圈15至少与第一真空密封槽11、第三真空密封槽13以及上法兰2围成的环形封闭空间(横截面为封闭矩形)的左右平行的2个面接触，保证真空密封圈15至少与第二真空密封槽12、第四真空密封槽14以及下法兰5围成的环形封闭空间(横截面为封闭矩形)的左右平行的2个面接触，在使用真空获得设备对低温恒温器进行真空获得时保证此处的真空密封。

静电偏转板引出电极支撑筒7用于安装引出电极，如图1所示，在本实施例中，外筒体4上设有3个静电偏转板引出电极支撑筒7。静电偏转板引出电极支撑筒7的一端密封焊接在外筒体4上，静电偏转板引出电极 支撑筒7的开口一端(远离外筒体4的一端)的端面上设有第五真空密封槽，第五真空密封槽内设有真空密封圈，引出电极(图中未标出)上配有与静电偏转板引出电极支撑筒7的开口一端相对应的第一安装法兰(第一安装法兰与引出电极之间密封连接)，第一安装法兰通过螺栓将引出电极设置在静电偏转板引出电极支撑筒7内，第一安装法兰与第五真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，第五真空密封槽内的真空密封圈能够与环形封闭空间的内表面形成密封，密封能够保证低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。(密封结构同上法兰2、下法兰5与内筒体3、外筒体4的密封结构一致)

如图1所示，束流引出系统支撑筒8的一端密封焊接在外筒体4上，用于安装束流引出系统(图中未标出)，束流引出系统支撑筒8的开口一端(远离外筒体4的一端)的端面上设有第六真空密封槽，第六真空密封槽内设有真空密封圈，束流引出系统上配有与束流引出系统支撑筒8的开口一端相对应的第二安装法兰(第二安装法兰与束流引出系统之间密封连接)，第二安装法兰通过螺栓将束流引出系统设置在束流引出系统支撑筒8内，第二安装法兰与第六真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，第六真空密封槽内的真空密封圈能够与环形封闭空间的内表面形成密封，密封能够保证低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。(密封结构同上法兰2、下法兰5与内筒体3、外筒体4的密封结构一致)

如图1所示，径向束流探测靶支撑筒9的一端密封焊接在外筒体4上，用于安装径向束流探测靶(图中未标出)，径向束流探测靶支撑筒9的开口一端(远离外筒体4的一端)的端面上设有第七真空密封槽，第七真空密封槽内设有真空密封圈，径向束流探测靶上配有与径向束流探测靶支撑筒9的开口一端相对应的第三安装法兰(第三安装法兰与径向束流探测靶之间密封连接)，第三安装法兰通过螺栓将径向束流探测靶设置在径向束流探测靶支撑筒9内，第三安装法兰与第七真空密封槽构成封闭的环形封闭空间，环形封闭空间的内表面的粗糙度小于1.6μm，第七真空密封槽内 的真空密封圈能够与环形封闭空间的内表面形成密封，密封能够保证低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。(密封结构同上法兰2、下法兰5与内筒体3、外筒体4的密封结构一致)

如图1所示，悬挂系统上支撑筒1的一端密封焊接在上法兰2上，悬挂系统下支撑筒6的一端密封焊接在下法兰5上，悬挂系统横向支撑筒25的一端密封焊接在外筒体4上(外筒体4的外侧)。在本实施例中，悬挂系统上支撑筒1、悬挂系统下支撑筒6、悬挂系统横向支撑筒25各有4根，一一对应设置。悬挂系统上支撑筒1、悬挂系统下支撑筒6、悬挂系统横向支撑筒25内部设置的悬挂系统16用于悬挂低温恒温器内部的超导线圈，并能够通过悬挂系统16对超导线圈的位置进行相应调整定位。

悬挂系统上支撑筒1(如图6所示，悬挂系统下支撑筒6、悬挂系统横向支撑筒25内的密封结构同图6一致，只是内部安装的悬挂系统16的方向不同)、悬挂系统下支撑筒6、悬挂系统横向支撑筒25内设有安装挡板21，安装挡板21与悬挂系统上支撑筒1、悬挂系统下支撑筒6、悬挂系统横向支撑筒25之间通过密封焊接形成环形的第一焊缝17；

安装挡板21中间设有穿孔22，悬挂系统16穿过穿孔22设置在悬挂系统上支撑筒1、悬挂系统下支撑筒6、悬挂系统横向支撑筒25内，悬挂系统16与穿孔22之间设有真空密封波纹管24，真空密封波纹管24顶端与悬挂系统16通过密封焊接形成环形的第三焊缝19；

真空密封波纹管24的底端与穿孔22之间设有垫片23，垫片23与穿孔22之间通过密封焊接形成环形的第二焊缝18，垫片23与真空密封波纹管24的底端之间通过密封焊接形成环形的第四焊缝20；

第一焊缝17、第二焊缝18、第三焊缝19、第四焊缝20采用氩弧焊真空密封焊接，所构成的密封能够保证低温恒温器内的真空度小于1X10^-4Pa。真空密封波纹管24和上述四个密封焊接的环形焊缝使得悬挂系统16能够在真空环境中进行调整，从而满足设置在悬挂系统16上的超导线圈在真空环境中的精确定位的需要。

在本实施例中，低温恒温器所需要的真空密封处共21处，包括上法兰2与内筒体3的真空密封(1处)、上法兰2与外筒体4的真空密封(1处)、下法兰5与内筒体3的真空密封(1处)、下法兰5与外筒体4的真空密封(1处)、悬挂系统支撑筒(包括4根悬挂系统上支撑筒1、4根悬挂系统下支撑筒6、4根悬挂系统横向支撑筒25)与悬挂系统16的真空密封(共12处)，还包括静电偏转板引出电极支撑筒7与引出电极的真空密封(共3处)、径向束流探测靶支撑筒9与径向束流探测靶的真空密封(1处)、束流引出系统支撑筒8与束流引出系统的真空密封(1处)。在这21处真空密封共同作用下，使用真空获得设备对低温恒温器进行真空获得时能够保证低温恒温器真空度好于1X10^-4Pa，同时悬挂系统16能够在低温恒温器的真空环境中对超导线圈的位置进行调整。

本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。