一种超导回旋加速器阀箱的制作方法

文档序号:13940765

本实用新型属于超导回旋加速器领域,特别涉及一种超导回旋加速器阀箱。



背景技术:

回旋加速器是一种粒子加速器,其利用磁场和电场的共同作用,使带电粒子作回旋运动,并以高频电场对回旋运动的带电粒子进行反复加速的装置。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是当今世界最尖端的放射治疗设备,其能够利用微观的质子、重离子射线治疗肿瘤,疗效显著,具有良好的发展前景和巨大的商业价值,目前仅有个别发达国家掌握并应用该技术;而我国正处于研制阶段,尚无成熟技术可供采用。然而出于商业利益等方面考虑,有关医用质子治疗加速器的许多关键技术至今未被公开,使得我国的研制工作需要对有关关键技术进行逐一突破才能得以完成,而超导回旋加速器阀箱便是其中之一。

超导回旋加速器的磁场主要由超导线圈提供,超导线圈进入超导态需要一定的低温条件,若不满足超导线圈的低温条件,超导线圈将发生失超,影响超导回旋加速器的使用,严重时甚至会发生超导线圈烧毁事故。

为解决这一问题,通常可以考虑采用液氦来形成这种低温条件。然而我国氦气资源严重缺乏,液氦的供应主要依赖国外进口,进口价格昂贵,因此在采用液氦对超导线圈进行冷却时,需要尽可能减少液氦的使用量,以便压缩成本。

目前,国外有在超导回旋加速器上采用阀箱以降低液氦用量的设计,但由于其没有详细公开阀箱的具体设计结构,因此在我国医用质子治疗加速器的研制过程中无法加以利用、参考。基于这种现实,若要提升我国医用质子治疗加速器在未来市场中的竞争力,降低使用成本,就需要自行开发一种超导回旋加速器阀箱。



技术实现要素:

为提升我国医用质子治疗加速器在未来市场中的竞争力,降低使用成本,本实用新型提供了一种超导回旋加速器阀箱。

该阀箱包括液氦冷凝器、冷屏、外真空室、液氦输送管、导线和若干制冷机,所述液氦冷凝器位于冷屏内部,所述冷屏位于外真空室内部;所述液氦冷凝器为密闭容器,其通过若干液氦冷凝器吊杆悬吊在外真空室顶板下方,所述液氦冷凝器上还设有引出管;所述冷屏本体上对应于所述引出管处设有开口;所述外真空室上对应于所述引出管处设有外接管路,外真空室上还设有抽气口;所述液氦输送管和导线均穿过外真空室壁和液氦冷凝器壁,并经由液氦冷凝器的引出管引出;所述冷屏包括顶部开口的冷屏本体和冷屏顶板,所述冷屏本体由若干冷屏本体吊杆悬吊在外真空室顶板下方;所述导线位于外真空室壁和液氦冷凝器壁之间的部分,其部分外表面上还可以敷设有铟-氮化铝-铟夹层结构,且夹层结构的另一面与冷屏顶板相接触;所述外真空室顶板上设有若干制冷机置入管,各制冷机的冷头由制冷机置入管伸入外真空室内部,各制冷机的冷头通过导热材料与液氦冷凝器相连接;所述冷屏顶板与各制冷机置入管之间固定连接。

所述液氦冷凝器外壁上还设有加热器和温度传感器为优选,以便发生失超问题时对液氦冷凝器进行温度监控和加热。

所述液氦冷凝器上还设有减压阀为优选,以便发生失超时释放压力。

所述液氦冷凝器吊杆的数量和冷屏本体吊杆的数量均优选为4个,且均匀排布,以提供更好的悬吊平衡性。

所述液氦冷凝器吊杆和冷屏本体吊杆的材质优选为玻璃纤维。

所述冷屏顶板与冷屏本体之间采用若干导冷带连接为优选,以冷却冷屏本体。

所述冷屏本体外壁上还包覆有绝热材料为优选,进一步减少热量的传递。

所述冷屏本体外壁上还设有温度传感器为优选,以便发生失超问题时对冷屏本体温度进行监控。

所述各制冷机的冷头与所述导热材料之间还设有铟垫片为优选,进一步提高导热效率。

综上所述,本实用新型的超导回旋加速器阀箱能够进行氦气冷凝,实现液氦循环使用,解决了超导磁体冷却用液氦用量过大的问题,有利于降低使用成本,提高我国医用质子治疗加速器在未来市场中的竞争力。

附图说明

图1本实用新型的超导回旋加速器阀箱结构示意图。

附图标记:1.液氦冷凝器,2.外真空室,3.液氦输送管,4.导线,5.制冷机,6.液氦冷凝器吊杆,7.引出管,8.开口,9.外接管路,10.抽气口,11.冷屏本体,12.冷屏顶板,13.冷屏本体吊杆,14.制冷机置入管,15.导热材料,16.加热器,17.温度传感器,18.减压阀,19.导冷带,20.铟垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

实施例

如附图1所示,本实用新型的超导回旋加速器阀箱包括液氦冷凝器1、冷屏、外真空室2、液氦输送管3、导线4和若干制冷机5,所述液氦冷凝器1位于冷屏内部,所述冷屏位于外真空室2内部;所述液氦冷凝器1为密闭容器,工作温度约为4.2K,其通过若干液氦冷凝器吊杆6悬吊在外真空室顶板下方,用于存储液氦以及蒸发产生的氦气的再冷凝,所述液氦冷凝器1上还设有引出管7;所述冷屏本体11上对应于所述引出管7处设有开口8;所述外真空室2上对应于所述引出管7处设有外接管路9,外真空室2上还设有抽气口10;所述液氦输送管3和导线4均穿过外真空室壁和液氦冷凝器壁,并经由液氦冷凝器1的引出管7引出;所述液氦输送管3用于向超导线圈处输送液氦;所导线4用于向超导线圈供电;所述冷屏的工作温度约为70K,用于增加液氦冷凝器1与外真空室2间的温度梯度以减少外真空室2对液氦冷凝器1的辐射热,冷屏包括顶部开口的冷屏本体11和冷屏顶板12,所述冷屏本体11由若干冷屏本体吊杆13悬吊在外真空室顶板下方;所述导线4位于外真空室壁和液氦冷凝器壁之间的部分,其部分外表面上还敷设有铟-氮化铝-铟夹层结构,且夹层结构的另一面与冷屏顶板12相接触;所述外真空室2作为阀箱的外容器和其它部件的安装基础,外真空室顶板上设有若干制冷机置入管14,各制冷机5的冷头由制冷机置入管14伸入外真空室2内部,各制冷机5的冷头通过导热材料15与液氦冷凝器1相连接;所述冷屏顶板12与各制冷机置入管14之间固定连接。

所述液氦冷凝器1外壁上还设有加热器16和温度传感器;所述液氦冷凝器1上还设有减压阀18;所述液氦冷凝器吊杆6的数量和冷屏本体吊杆13的数量均优选为4个,且均匀排布;所述液氦冷凝器吊杆6和冷屏本体吊杆13的材质为玻璃纤维;所述液氦冷凝器1的材质为不锈钢;所述冷屏本体11的材质为金属铝;所述冷屏顶板12的材质为金属铜;所述冷屏顶板12与冷屏本体11之间采用若干导冷带19连接,这些导冷带19均为金属铜材质的编织物;所述冷屏本体11外壁上还包覆有多层叠合的铝箔作为绝热材料;所述冷屏本体11外壁上还设有温度传感器;所述各制冷机5的冷头与所述导热材料15之间还设有铟垫片20;所述铟垫片20的厚度为0.5-0.6mm;所述制冷机5的数量为4个。

将上述阀箱应用于某医用质子治疗加速器的研制过程中。首先,将液氦输送管3和导线4的输出端、液氦冷凝器1上的引出管7、外真空室2的外接管路9等管线与加速器的有关部件相连接。接下来,将液氦输送管3的输入端与液氦供应装置相连接,导线4的输入端与电流供应装置相连接。然后,通过外真空室2的抽气口10对其抽真空。当真空度满足要求后,即可通过各制冷机5供冷;通过液氦输送管3向超导线圈处供应液氦。最后,由导线4向超导线圈供电,实现加速器的正常运行。实践表明,本实用新型的阀箱结构设计合理,工作状态稳定,操作方便,能够显著降低液氦用量。

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