专利名称:一种单粒子效应地面加速器模拟试验用束流快门的制作方法
技术领域：
本发明属于加速器辐照技术领域：
，具体涉及一种单粒子效应地面加速器模拟试验用束流快门。
背景技术：
单粒子效应SEE (Single event effect)是离子入射到半导体器件内部引起的错误效应。在单粒子效应地面模拟试验中，为了精确测量注量或在发生闩锁时保护器件，加速器束流线上需要配备束流快门，从而实现准确、及时的通断束流。H1-13加速器目前束流管道上没有专用的束流快门，束流的通断由法拉第筒控制。由于反应时间慢而且不方便计算机控制，所以法拉第筒无法满足单粒子效应实验的需求。
目前市场上没有专用的束流快门出售。国内有实验室采用光学快门作为束流快门使用，但存在如下缺点:
1.挡片太薄，只有100 μ m左右，挡片关闭时对于某些射程高的离子，如质子，无法完全阻挡，这可能会对SEE实验芯片和实验人员的安全问题造成威胁。
2.挡片易变形。离子入射到挡片内部后，挡片材料由于离子注入会发生变形，离子累积到一定量后挡片会变形导致无法使用。
3.单稳态，可靠性差。快门开的状态靠加电维持，长时间辐照时，需要对快门长时间加电，这会导致内部线圈持续发热，引起内阻变化导致无法动作甚至烧毁。
世界上一些较先进的实验室根据自己的需求及设备特点，设计了一些束流快门，如美国布鲁克海文国家实验室，在单粒子专用辐照装置上利用旋转螺线管制作了专用的束流快门。但这些快门通用性小，而且多数快门都是“单稳态”快门。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和实际应用的需要，本发明的目的在于提供一种单粒子效应地面加速器模拟试验用束流快门，通过该束流快门明显提高了快门的响应时间，降低生产成本的同时提高了可靠性。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
一种单粒子效应地面加速器模拟试验用束流快门，包括母板、设于母板上的束流通过孔、与束流通过孔大小相适应的挡片，其中，在母板的中线靠下位置上通过过渡安装板还固定有直流电动机，所述的挡片通过其连杆末端的小孔固定在直流电动机的轴上，在母板中线两边分别设有限位开关和限位螺栓，在母板的一侧还设有用于改变直流电动机电源极性来实现快门状态切换的极性切换电路。
进一步，如上所述的束流快门，所述极性切换电路由双刀双掷继电器、电源、按键开关、二极管、电源线和限位开关构成，其中，所述的双刀双掷继电器、电源、按键开关均设置在靶室外，所述的限位开关通过电源线一端与直流电动机连接，另一端与固定在母板上的二极管连接。[0012]进一步，如上所述的束流快门，所述的挡片及其连杆是一体的。
进一步，如上所述的束流快门，所述的束流通过孔设在母板的右上方，在母板底部设有安装孔。
进一步，如上所述的束流快门，所述挡片通过自身重力或者弹簧的拉力稳定维持在“开”和“关”的状态。
进一步，如上所述的束流快门，所述直流电动机的工作电源电压为3V 9V，优选电压为5V。
进一步，如上所述的束流快门，所述挡片的材质为铝、不锈钢或铜。
进一步，如上所述的束流快门，所述挡片的材质为铜。
再进一步,如上所述的束流快门，所述挡片的厚度为0.5mm 3mm。
更进一步,如上所述的束流快门，所述挡片的厚度为1.5mm 2.5mm。
本发明的效果在于:本发明所述的束流快门，能够使挡片稳定的维持在“开”和“关”任意状态下，这种双稳态大大降低了线圈的发热量，提高了线圈寿命，提高了束流开和关的准确率；由于采用了铜作为材料，解决了光学快门薄而无法阻挡轻离子的问题；而且该快门还具有结构简单、机械动作简单的特点，降低了生产成本的同时降低了故障率、提高了可靠性。
图1为本发明束流快门的结构示意图；
图2为本发明极性切换电路的电路图；
图3为本发明挡片部分的结构示意图；
图4为本发明挡片通过弹簧的拉力稳定维持“开”和“关”状态的示意图；
图5为本发明挡片通过自身重力稳定维持“开”和“关”状态的示意图。
具体实施方式
下面结合
与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了为本发明一种单粒子效应地面加速器模拟试验用束流快门的结构示意图，由图中可以看出该束流快门包括母板10、位于母板右上方的直径为20mm的束流通过孔12、通过过渡安装板11固定在母板10的中线靠下位置上的直流电动机4、通过连杆末端的小孔固定在直流电动机4的轴上的用于实现快门状态切换状态的挡片2、分别固定在母板10中线两边的用于实现快门切换状态完成后断电的限位开关3和限位螺栓13、用于安装固定快门的位于母板10下方的安装孔14和用于改变直流电动机4电源极性来实现快门状态切换的极性切换电路。
图2示出了本发明极性切换电路的电路图，该电路由双刀双掷继电器5、电源6、按键开关7、二极管8、电源线9和限位开关3构成；其中双刀双掷继电器5用于实现直流电源极性切换，电源6用于为直流电动机4提供工作电压，按键开关7用于控制快门的开关、以上元件均放在靶室外面，以方便检修和控制。二极管8用于实现让不同极性的电流通过，因靶室法兰接口仅有两根电源线9，因此二极管放在靶室内，限位开关3安装在快门母板10上，通过电源线9 一端与直流电动机4连接，另一端与固定在母板10上的二极管8连接用于实现快门切换状态完成后断电。快门“开”和“关”状态的切换，选用直流电动机4实现，直流电动机4具有更换电源极性即可更改转向的特点，因此可以通过改变电源极性的方法来切换“开”到“关”的状态和“关”到“开”的状态。根据控制电路的特点，直流电动机的工作电压选择3V 9V均可。本发明因控制电路输出为5V，因此选5V直流电机。
在快门挡片材料的选用上，在理论上所有化学性质稳定的、无放射性金属材料皆可。但是从经济、易加工程度、易活化程度等方面综合考虑，推荐选择铝、不锈钢、铜等。因铜原子序数较高，不易被活化，而且较软，易于加工，适合在制作过程中不断摸索和改造，因此本发明选用铜作为快门挡片的材料。而对于挡片2厚度应足够厚，能够挡住加速器所有能量离子，且挡片自身重力足够重，能将限位开关3压下，重量尽量轻，以实现更快的响应速度。其厚度可选择0.5mm 3_。为达到较好效果,推荐1.5mm 2.5_。
本发明所述的束流开门，采用双稳态模式，即快门挡片2无需加电即可稳定在“开”和“关”任一状态下，这两种状态皆无需靠加电维持。图3为挡片2的示意图。挡片双稳态的维持需要借助外力实现，当需要从一个状态到另一个状态时，需要再施加一个外力，当然这个力的大小要大于维持状态的外力。较简单的双稳态有两种，一种是利用弹力作为维持力，另一种是利用重力作为维持力。第一种原理图如图4所示，利用弹簧I的拉力维持双稳态。第二种原理图如图5所示，利用挡片2自身重力作为双稳态维持力。前者的优点是:不受快门安装方向控制。缺点是需要使用弹簧，增加了设备复杂性，而且在竖直方向增加了设计尺寸。后者优点是:无需弹簧，结构简单，竖直方向设计尺寸较前者小。缺点是安装使用时有方向限制。本发明根据使用环境，竖直方向空间有限，而且一旦安装，不会旋转方向，因此选择第二种方案，即依靠重力维持双稳态式。由图1可以看出，挡片2摆到左边时，束流通过孔12打开，挡片碰上左限位开关3和左限位螺栓13。挡片摆到右边时，束流通过孔12被挡住，同时挡片碰上右限位开关3和限位螺栓13。
采用上述技术方案制作完成后，经长期测试发现，该快门在线圈寿命、可靠性、离子的阻止能力方面都达到了满意的效果，与法拉第筒相比，明显提高了响应时间。与光学束流快门相比，由于采取了双稳态，所以大大的降低了线圈的发热量，保护了线圈，从而大幅度的提高了线圈寿命，提高了束流开和关的准确率。也解决了光学快门由于挡片薄而无法阻挡轻离子的问题。该快门还具有结构简单、机械动作简单的特点，降低了生产成本的同时降低了故障率提高了可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求
及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种单粒子效应地面加速器模拟试验用束流快门，包括母板(10)、设于母板(10)上的束流通过孔(12)、与束流通过孔(12)大小相适应的挡片(2)，其特征在于:在母板(10)的中线靠下位置上通过过渡安装板(11)还固定有直流电动机(4)，所述的挡片(2)通过其连杆末端的小孔固定在直流电动机(4)的轴上，在母板(10)中线两边均设有限位开关(3)和限位螺栓(13)，在母板(10)的一侧还设有用于改变直流电动机(4)电源极性来实现快门状态切换的极性切换电路。
2.如权利要求
1所述的束流快门，其特征在于:所述极性切换电路由双刀双掷继电器(5)、电源(6)、按键开关(7)、二极管(8)、电源线(9)和所述的限位开关(3)构成，其中，所述的双刀双掷继电器(5)、电源(6)、按键开关(7)均设置在靶室外，所述的限位开关(3)通过电源线(9) 一端与直流电动机(4)连接，另一端与固定在母板(10)上的二极管(8)连接。
3.如权利要求
2所述的束流快门，其特征在于:所述的挡片(2)及其连杆是一体的。
4.如权利要求
1所述的束流快门，其特征在于:所述的束流通过孔(12)设在母板(10)的右上方，在母板(10)底部设有安装孔(14)。
5.如权利要求
1至4之一所述的束流快门，其特征在于:所述挡片(2)通过自身重力或者弹簧的拉力稳定维持在“开”和“关”的状态。
6.如权利要求
1至4之一所述的束流快门，其特征在于:所述直流电动机(4)的工作电源电压为3V 9V。
7.如权利要求
1至4之一所述的束流快门，其特征在于:所述挡片(2)的材质为铝、不锈钢或铜。
8.如权利要求
6所述的束流快门，其特征在于:所述挡片(2)的材质为铜。
9.如权利要求
1至4之一所述的束流快门，其特征在于:所述挡片(2)的厚度为0.5mm 3mmο
10.如权利要求
9所述的束流快门，其特征在于:所述挡片(2)的厚度为1.5mm .2.5mmο
专利摘要
本发明公开了一种单粒子效应地面加速器模拟试验用束流快门，包括母板、设于母板上的束流通过孔、与束流通过孔大小相适应的挡片，其中，在母板的中线靠下位置上通过过渡安装板还固定有直流电动机，所述的挡片通过其连杆末端的小孔固定在直流电动机的轴上，在母板中线两边分别设有限位开关和限位螺栓，在母板的一侧还设有用于改变直流电动机电源极性来实现快门状态切换的极性切换电路。由于本发明采取双稳态，大大降低了线圈发热量，提高了线圈寿命，提高了束流开和关的准确率。由于采用铜作为材料，解决了光学快门挡片薄而无法阻挡轻离子的问题，且结构简单、机械动作简单，降低了生产成本、降低了故障率、提高了可靠性。
文档编号G21K5/04GKCN102222534SQ201110057061
公开日2013年6月12日 申请日期2011年3月10日
发明者史淑廷, 郭刚, 刘建成, 惠宁, 沈东军 申请人:中国原子能科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (7), 非专利引用 (2),