用于散射实验的换样系统的制作方法

本发明实施例涉及一种用于散射实验的换样系统。

背景技术：

中子散射实验是利用中子散射特性，对样品的晶格振动色散关系和微观结构等进行测试。样品可以是液体、粉末、固体等形态，实验时将中子发射到样品材料中，分析观察中子散射现象，从而得出样品材料的结构和参数。其中，中子小角散射实验可获得样品材料纳米尺度的微观结构信息，在化学、生物、凝聚态物理等领域中得到应用。

在一次实验过程中，通常需要连续测量多个样品，若是采用人工更换样品，不利于提高实验效率；另外，对于液体样品，温度对其内部结构具有明显的影响，通常在实验中需要采集样品在不同温度下的测量数据；由此，满足实验中样品的温度需求以及实现高效换样，有助于改善中子散射技术。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种用于散射实验的换样系统，在实验过程中可实现自动换样，有助于提高实验效率。

根据本发明的一个方面，提供一种用于散射实验的换样系统，包括：样品存储装置，所述样品存储装置包括样品存储位，所述样品存储位用于存储装有样品的器皿；移动装置，所述样品存储装置设置于所述移动装置上，所述移动装置带动所述样品存储装置运动使所述样品存储位上的样品对准所述实验中入射的粒子束。

进一步的，所述样品存储位设置容纳槽，所述容纳槽的上端开口，所述开口用于将装有样品的器皿放入所述容纳槽内或将其从容纳槽取出；所述开口还用于放置从所述器皿中伸出的温度传感器。

在其中一个实施例中，换样系统还包括：温度调节装置，所述样品存储装置设置于所述温度调节装置内，多个所述样品存储位沿所述温度调节装置的长度方向间隔设置，所述温度调节装置用于为所述样品提供不同的温度环境。

进一步的，沿所述粒子束入射的方向，所述温度调节装置的相对的两个外壁上设置窗口，并且所述样品存储装置的相对的两个外壁上设置窗口；所述窗口用于所述粒子束射入、穿过所述样品并射出。

进一步的，沿所述粒子束入射的方向，所述温度调节装置的外壁上设置镉层；所述镉层上设置孔，所述孔与所述温度调节装置的窗口对应。

进一步的，沿所述粒子束入射的方向，所述温度调节装置的相对的两个外壁上设置铝层；所述铝层遮盖所述镉层或所述温度调节装置的窗口。

在其中一个实施例中，所述样品存储装置为t形结构。

在其中一个实施例中，所述温度调节装置为水浴装置，所述水浴装置内设置管道，用于水流循环；所述样品存储装置与所述管道相邻设置。

进一步的，所述管道包括上管道和下管道，所述上管道和下管道分别形成通道；所述样品存储装置相对所述通道对中设置。

在其中一个实施例中，所述换样系统还包括：控制装置，所述控制装置与所述移动装置电连接；所述控制装置设置成：控制所述移动装置运动，使其中一个样品存储位上的样品通过所述温度调节装置和所述样品存储装置的窗口对准所述粒子束，当所述样品完成测试后，控制所述移动装置运动至下一个样品对准所述粒子束。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为根据本发明实施例的换样系统的组成结构示意图；

图2为根据本发明实施例的样品存储装置与温度调节装置的组合的左视剖视图；

图3为图2的装置的局部俯视剖视图；

图4为图2的装置的主视剖视图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

请参阅图1，本发明实施例的用于散射实验的换样系统的一个实施例包括：样品存储装置10，样品存储装置包括样品存储位11，样品存储位用于存储装有样品的器皿101；移动装置20，样品存储装置10设置于移动装置20上，移动装置带动样品存储装置运动使样品存储位11上的样品对准实验中入射的粒子束。

具体的，样品存储装置10用于存储需要进行散射实验的样品，该样品存储装置10设置至少两个样品存储位11，每个样品存储位11和一个样品对应；样品可以是液体、粉末、固体等形态，通常情况下，液体样品装于样品瓶等器皿内，然后该器皿可置于样品存储位11上。样品存储装置10例如可设置多个样品存储位11，多个样品存储位11可间隔排列设置，由此，在一次实验过程中，可同时提供多个样品，各样品之间具有独立的存储位置，不影响各样品进行测试或换样，便于提高实验效率。

进一步的，为避免人工换样，提高效率，本发明换样系统可实现自动换样。采用移动装置20使样品存储位11上的样品自动对准实验粒子束，进行散射实验。该移动装置20代替了人工，可带动样品存储装置10运动，不仅便于样品存储位11上的样品到达测试位置，还能实现连续测样，且每次移动换样的时间较短，无需对粒子束进行关闭再重新开启等操作，提高了实验效率。

在上述实施例的基础上，请参阅图2，样品存储位11设置容纳槽12，容纳槽12的上端开口，开口用于将装有样品的器皿放入容纳槽内或将其从容纳槽取出；开口还用于放置从器皿中伸出的温度传感器。

具体的，样品存储位11设置容纳槽12用来限制样品的摆放，以便提供稳定测量。容纳槽12的形状例如可以与装样品的器皿的形状配合，如图2中，本实施例中容纳槽12设置为细圆柱形，便于放置装有液体样品的样品瓶。容纳槽12的上端开口，便于取放样品瓶，对于液体样品，通常情况，在样品中插入温度传感器用于实时测量样品的温度，该温度传感器从样品瓶的上端小孔伸出，并从容纳槽12的开口处延伸至外部从而与其他装置连接。

可以理解的是，为减小外部对样品温度的影响，容纳槽12的开口处可设置封闭结构，当装有样品的器皿或样品直接放入容纳槽12后，对容纳槽12开口处进行封闭，当然也可进行密封。

请参阅图1-3，本发明实施例的用于散射实验的换样系统的另一个实施例中，还包括：温度调节装置30，样品存储装置10设置于温度调节装置30内，多个样品存储位11沿温度调节装置的长度方向间隔设置，温度调节装置用于为样品提供不同的温度环境。

对于液体样品而言，温度是影响其内部微观结构的重要参数，例如不同温度下，样品可能发生相变或引起内部晶格结构变化等，在实验过程中，可能需要测试样品在多个温度下的参数，这就需要为样品提供温度可调的环境。本实施例采用温度调节装置30对样品所处的环境进行温度调节，从而为样品提供不同的测试温度。该温度调节装置30例如可以通过一些介质对样品进行加热或降温，其控制方式例如可以是手动调节，或者是通过有线/无线网络等智能调节，便于用户设置和操作即可。

温度调节装置30可以具有容纳空间，用来放置样品存储装置10，该容纳空间可以根据样品存储装置10的外形设置。由此，多个样品存储位11位于温度调节装置30的容纳空间内，多个样品存储位11可沿温度调节装置的长度方向排列；进一步的，温度调节装置30设置于移动装置20上，移动装置20驱动温度调节装置30、样品存储装置10及样品存储位11上的样品运动，使得样品到达测试位置。

由此，上述实施例的用于散射实验的换样系统，实现自动换样、连续测试的同时，可满足样品在不同温度下测试。

在上述实施例的基础上，请参阅图2，沿粒子束入射的方向，温度调节装置30的相对的两个外壁上设置窗口31，并且样品存储装置10的相对的两个外壁上设置窗口13；窗口31和13用于粒子束射入、穿过样品并射出。

具体的，为提高实验中粒子束的利用率，在温度调节装置30和样品存储装置10的外壁上设置窗口，使粒子束通过窗口快速射入样品进行测试。如图2中，箭头所示方向为粒子束入射和出射的方向，在粒子束入射的一侧，粒子束依次通过温度调节装置30的窗口31、样品存储装置10的窗口13到达样品位置，粒子束继续穿透样品后从样品存储装置10的窗口13、温度调节装置30的窗口31中射出。

进一步的，上述窗口的设置便于快速确定样品的测试位置。例如，在实验初始或实验过程中进行换样时，移动装置20运动，使样品存储位11对应的窗口的中心对准粒子束的入射方向，前一个样品完成测试后，移动装置20运动使下一个样品存储位11对应的窗口对准粒子束，由此，提高了测试效率。

在上述实施例的基础上，请参阅图2或图3，沿粒子束入射的方向，温度调节装置的外壁上设置镉层32；镉层上设置孔，孔与温度调节装置的窗口对应。

通常，用于实验的粒子束具有一定的发射范围，大部分粒子束穿过窗口31和13到达样品，另外一部分粒子束到达窗口附件的装置的外壁，为限制粒子束的数量，在满足样品所需粒子束数量的前提下，减小多余粒子束对装置的影响，在温度调节装置30的外壁上设置镉层32，例如当实验粒子为中子时，该镉层用于吸收一定数量的中子，起到限制中子束的作用。

进一步的，镉层上设置孔，该孔用于使窗口31裸露，以避免遮挡射向样品的中子束。例如，沿中子束入射的方向，温度调节装置30的外壁上设置镉层32，该镉层32在沿温度调节装置的长度方向上设置多个孔，孔的大小正好与窗口31的大小相同，由此，当中子束入射时，大部分中子穿过孔和窗口31射入样品，还有一部分中子打在镉层上被镉吸收；该镉层的分布区域可以覆盖样品所在位置的区域，镉层上孔的大小根据所需中子的数量确定，例如当孔设置为小于窗口31的大小时，通过孔的中子数量减少。

可以理解的是，可通过在温度调节装置的外壁上设置凹槽等结构，便于放置镉层；镉层的厚度以及镉层上孔的大小根据实验需要设置；经使用的镉层可进行更换。

在上述实施例的基础上，请参阅图2或图3，沿粒子束入射的方向，温度调节装置的相对的两个外壁上设置铝层33；铝层遮盖镉层或温度调节装置的窗口。

为净化中子束，在中子束入射及出射的温度调节装置30的两个外壁上设置铝层，该铝层覆盖镉层以及窗口31所在的区域。铝层例如可以是常见的铝箔。

请参阅图2，本发明实施例的用于散射实验的换样系统的另一个实施例中，样品存储装置10为t形结构。

具体的，样品存储装置10可设置于温度调节装置30内，将样品存储装置10设置为t形结构，可从三个方向(即图2中的沿t字水平的左右方向以及沿竖直向下的方向)限制其移动，从而增加其在温度调节装置30内的稳定性，从而增加样品放置的稳定性。同时，温度调节装置的容纳空间设置成与样品存储装置的外形结构相适应。

请参阅图2或图3，本发明实施例的用于散射实验的换样系统的另一个实施例中，温度调节装置为水浴装置，水浴装置内设置管道34，用于水流循环；样品存储装置与管道相邻设置。

具体的，通过水浴温度变化为样品加热或降温。如图2所述，在温度调节装置30内设置管道34，管道34内通入水，例如，当样品需要低温时，在管道34内通入一段时间冷却水，能够快速降温，当需要温度升高时，对管道34内的水进行加热达到所需温度。

进一步的，该水浴装置可通过连接控制装置，控制其管道内水流以及调节温度变化。

在上述实施例的基础上，请参阅图2，管道34包括上管道341和下管道342，上管道和下管道分别形成通道；样品存储装置10相对通道对中设置。

具体的，上管道341和下管道342分别设置在窗口13的上下两端，上管道341和下管道342的数量分别为两个，两个上管道341以及两个下管道342分别靠近样品存储装置10的两个外壁设置，例如，上管道341和下管道342均采用u形管道(u形开口沿温度调节装置30的长度方向)，该样品存储装置10设置于管道形成的中间通道内。由此，上管道341和下管道342均相对样品对称分布，有利于为样品提供均匀的温度分布。

请参阅图1，本发明实施例的用于散射实验的换样系统的另一个实施例中，换样系统还包括：控制装置40，控制装置与移动装置20电连接；控制装置设置成：控制移动装置运动，使其中一个样品存储位上的样品通过温度调节装置和样品存储装置的窗口对准粒子束，当样品完成测试后，控制移动装置运动至下一个样品对准粒子束。

具体的，为实现自动换样，例如采用电机驱动移动装置20运动；同时地，实验前利用软件设置参数，例如移动装置20每次运动的距离和停留的时间，以便在实验中进行连续换样、测试，提高实验效率。

请参阅图1-4，本发明实施例的用于散射实验的换样系统的优选的实施例中，换样系统100包括：样品存储装置10，该样品存储装置10设置多个样品存储位11，每个样品存储位11对应放置一个样品101；水浴装置30，样品存储装置10设置于水浴装置30内，多个样品存储位11沿水浴装置30的长度方向间隔设置；移动装置20，用于带动水浴装置30运动，从而使位于水浴装置30内的样品到达测试位置；控制装置40，用于控制移动装置20运动，实现自动换样。

进一步的，如图2中，本实施例中，样品存储装置10采用t形结构，加强与水浴装置30之间的配合，提高样品放置的稳定性。

样品存储装置10例如采用铜合金材质制成，具有较好的热量交换性能，便于样品进行不同温度的调节。水浴装置30例如采用铝合金材质制成，重量轻，便于安装至移动装置20上，可省去吊装工具的使用。

进一步的，如图2中，本实施例中，水浴装置30的管道相对样品上下、两侧设置，能够提供均匀的温度分布。在水浴装置30的外壁上设置镉层32和铝层33，对中子束进行限制和净化，提高中子束的利用率，以及实现精确测试。

如图3中，以中子束入射/出射方向为轴线(图中箭头方向)，镉层32、水浴装置30、样品存储装置10以及样品101，相互限制自由度，确保较好的同心度，有利于中子束对准样品，提高测试稳定性和准确性。

如图4中，本实施例中，设置24个样品存储位11，其中心保持在同一水平线上。实验时，例如先将水浴装置30安装至移动装置20上，调整水浴装置30的位置，使窗口31中心对准中子束；将样品在样品存储位11上摆放好，将样品存储装置10放入水浴装置30内，同时将温度传感器从容纳槽12的上端开口处插入实验样品中，使样品存储装置10的窗口13对准窗口31；然后在水浴装置30的外壁凹槽中安装镉层32，将镉层32上的孔对应窗口31，然后在镉层32上贴一层铝层33，铝层33遮盖住窗口31；通过温度传感器监测样品的环境温度，当温度达到实验要求后，操作控制装置40使移动装置20运动，当样品对准中子束，开始采集测试数据，采集结束后，移动装置20运动至使下一个样品对准中子束，由此，实现连续、自动测样。

本实施例具有以下有益效果的至少一个：

样品存储装置采用t形结构，便于使样品存储装置和温度调节装置的实验窗口对准粒子束，同时保证样品在实验位置上稳定，避免产生晃动；

样品存储装置设置多个样品存储位，便于在同一实验中，设置多个对照组，有利于排除非变量因素干扰，提高实验结果准确度。

本实施例可用于中子小角散射实验，例如用于测试表面活性剂液体样品，通过在不同温度下测试，获取样品内部的纳米结构。另外，对于块状固体样品，可以不使用样品盒等器皿，根据不同种类材料的中子散射截面优化其厚度即可。

本发明实施例的用于散射实验的换样系统，实现自动换样、连续测试的同时，可满足样品在不同温度下测试，提高了实验效率。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。