一种用于离子束辐照的高温加热装置

1.本实用新型涉及一种用于离子束辐照的高温加热装置，属于加速器技术领域。


背景技术：

2.当前，中国科学院近代物理研究所320kv高电荷态离子综合研究平台材料辐照终端高温环境离子束辐照装置，可实现材料在高温环境下的重离子辐照。现有的高温环境离子束辐照实验装置包括设置在台架上的圆柱形高温靶室，该靶室设置有加热组件和水冷高速分子泵，靶室对应离子束通道前方设置有法拉第筒及荧光靶组件，靶室内设置有样品加热炉及其他组件。但是该装置中的加热炉存在以下问题：首先，加热炉的温度不稳定，温度测量精度不高，预设温度与实测温度存在较大差异；其次，在加热炉中样品，由于终端束斑面积偏小，导致样品边缘辐照不到；最后，高温辐照装置的样品入口通常采用铜垫圈密封，每次实验操作抽真空、破真空耗时巨大，影响实验效率与经济效益。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于离子束辐照的高温加热装置，其使用铠装热电偶进行温度测试，提高了材料在高温环境辐照中温度的稳定度维持。
4.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种用于离子束辐照的高温加热装置，包括：离子束通道、加热腔体、隔热屏结构、加热炉丝、样品固定座、温度测量模块和真空模块，加热腔体固定在离子束通道上，其包括外腔和内腔，加热腔体的内腔内设有隔热屏结构，隔热屏结构上设有一开口，使离子束能够进入加热腔体中；样品固定座固定在内腔中；样品固定座上固定有待辐照样品；加热炉丝围绕内腔隔热屏结构最内侧按照圆周方向布置一圈；真空模块与加热腔体的内腔连通，用于对加热腔体抽真空；温度测量模块固定在加热腔体的外腔。
5.进一步，加热腔体的外腔由外腔上盖、外腔腔体和外腔底法兰盖组成，外腔上盖设置在外腔腔体的顶部，并与外腔腔体连接，外腔底法兰盖设置在外腔腔体的底部，并与外腔腔体连接，外腔底法兰盖通过支杆与离子束通道连接。
6.进一步，外腔底法兰盖下方连接一双芯电极法兰，双芯电极法兰上固定至少两个加热电极。
7.进一步，样品固定座底部连接一转轴，转轴上设有刻度，转轴通过双芯电极法兰、外腔底法兰盖与样品固定座连接。
8.进一步，外腔上盖与外腔腔体之间采用橡胶垫密封，且通过活动定位插销定位；外腔腔体和外腔底法兰盖之间通过铜垫圈密封。
9.进一步，温度测量模块包括至少一个热电偶组件，热电偶组件设置在外腔底法兰盖上，其通过测量热偶与样品固定座样品背面接触连接。
10.进一步，热电偶组件由热电偶帽、改装法兰和热电偶组成，热电偶帽与改装法兰之间通过铜垫圈密封，改装法兰与热电偶之间通过螺栓连接。
11.进一步，加热腔体的内腔卡接在离子束通道上，加热腔体的外腔和内腔通过螺纹连接。
12.进一步，隔热屏结构包一层以上相互平行的隔热屏，在朝向离子束入射方向的每层隔热屏上均设有开口，且每层开口的位置相同。
13.进一步，开口为一方孔，方孔的尺寸不小于20
×
20mm。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本方案使用铠装热电偶进行温度测试，提高了材料在高温环境辐照中温度的稳定度维持，误差1摄氏度。增大束流方向开孔，使高温辐照束斑面积增大了27.5％。高温辐照装置样品入口改用橡胶垫密封，节省每次实验操作抽真空、破真空的时间，使得每一个高温辐照样品的实验准备时间缩短2
‑
3倍，提高了实验效率。
附图说明
14.图1是本实用新型一实施例中用于离子束辐照的高温加热装置的主视图；
15.图2是本实用新型一实施例中用于离子束辐照的高温加热装置的后视图；
16.图3是本实用新型一实施例中用于离子束辐照的高温加热装置的左视图；
17.图4是本实用新型一实施例中热电偶组件的结构示意图。
18.附图标记：
[0019]1‑
离子束通道；2
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加热腔体；21
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外腔；211
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外腔上盖；212
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外腔腔体；213
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外腔底法兰盖；22
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内腔；23
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双芯电极法兰；3
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隔热屏结构；4
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加热炉丝；41
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加热电极； 5
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样品固定座；6
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温度测量模块；61
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热电偶帽；62
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改装法兰；63
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热电偶；7
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真空模块；8
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支杆；9
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转轴；10
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活动定位插销。
具体实施方式
[0020]
为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方向，通过具体实施例对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0021]
本实施例公开了一种用于离子束辐照的高温加热装置，如图1、2、3所示，包括：离子束通道1、加热腔体2、隔热屏结构3、加热炉丝4、样品固定座5、温度测量模块6和真空模块7，加热腔体2固定在离子束通道1上，其包括外腔21和内腔22，加热腔体2的内腔22内侧四围设有隔热屏结构3，加热腔体2内侧的顶部和底部也设有隔热屏结构3，朝向离子束入射方向的隔热屏结构3上，与离子束入射位置对应处设有一开口，本实施例中优选该开口为一方孔，方孔的尺寸不小于20
×
20mm，由于增大了开口的尺寸使高温辐照束斑面积增大了27.5％。但该开口可以是任意形状，只要能够使离子束能够进入加热腔体2中即可；加热腔体2的内腔22底部设有一通孔，用于放入样品固定座5，并使样品固定座5穿过设置在加热腔体2底部的隔热屏结构3与加热腔体2固定连接；样品固定座5上固定有待辐照样品；加热炉丝4围绕内腔隔热屏结构最内侧按照圆周方向布置一圈，但加热炉丝4不能设置在离子束入射方向，本实施例中加热炉丝4通过加热电极41连接设置的加热腔体2上方的加热控制器，该加热控制器控制加热电阻丝以逐步加热
‑
保温的形式进行加热，通过与温度测量模块6 配合实现控温精度在+1％；真空模块7与加热腔体2的内腔22连通，经离子束通道与分子泵
连接，用于对加热腔体2抽真空；温度测量模块6设置在加热腔体2的外腔21 的一侧。本实施例中优选设置在加热腔体2四围的隔热屏结构3和加热炉丝4的加热电阻通过钼螺丝固定在加热腔体2的内腔22的侧壁上，方便可以拆卸。设置在加热腔体2的内腔22顶部的隔热屏结构3直接盖到加热炉丝4及设置在加热腔体2四围的隔热屏结构3上面。设置在加热腔体2底部的隔热屏结构3通过螺纹连接固定在加热腔体2的内腔22底板上。
[0022]
加热腔体2的外腔21由外腔上盖211、外腔腔体212和外腔底法兰盖213组成，外腔上盖211设置在外腔腔体212的顶部，并与所述外腔腔体212连接，外腔底法兰盖213设置在所述外腔腔体212的底部，并与外腔腔体212连接，外腔底法兰盖213 通过支杆8与离子束通道1连接。该支杆8一端设置在外腔底法兰盖213上，另一端固定在离子束通道1上。外腔底法兰盖213下方通过螺栓连接一双芯电极法兰23，双芯电极法兰23上固定至少两个加热电极41。样品固定座5底部连接一转轴9，转轴9 上设有刻度，转轴9通过双芯电极法兰23、外腔底法兰盖213与样品固定座5连接。外腔上盖211与外腔腔体212之间用橡胶垫密封，且通过活动定位插销10定位；外腔腔体212和外腔底法兰盖213之间通过螺栓固定连接，并通过铜垫圈密封。
[0023]
样品固定座5包括一个样品固定板，待辐照样品用导电银胶粘贴于品固定板的一侧。样品固定座5从加热腔体2的内腔22的底座的通孔插入，穿过设置在加热腔体2 底部的隔热屏结构3进入加热腔体2的内腔22。
[0024]
温度测量模块6包括至少一个热电偶组件，热电偶组件设置在外腔底法兰盖213 上，其与底法兰盖焊件之间用螺栓连接，并通过测量热偶与样品固定座5接触连接。如图4所示，热电偶组件由热电偶帽61、改装法兰62和热电偶63组成，热电偶帽61 与改装法兰62之间通过铜垫圈密封，改装法兰62与热电偶63之间通过螺栓连接。
[0025]
加热腔体2的内腔22卡接在离子束通道1上，加热腔体2的外腔21和内腔22 通过螺纹连接。
[0026]
隔热屏结构3包括多层相互平行的隔热屏，朝向离子束入射方向的每层隔热屏上均设有开口，且每层开口的位置相同。
[0027]
真空模块7至少包括一充气阀，该充气阀与加热腔体2的内腔22连通，并焊接在加热腔体2的外腔21的外腔腔体212上。
[0028]
本实用新型通过增大束流方向的开孔至20*20mm后，获得的高温辐照束斑面积为 17*18mm，束斑面积增大了27.5％，使很多大面积样品能够一次辐照，大于15*15mm的样品不再需要切割成小块，保证更大面积的样品得到有效辐照。辐照结束后，对样品进行降温，降温至100℃以下后打开放气阀进行破真空。使用本实用新型装置后抽真空、破真空时间平均缩短1h左右。
[0029]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围。