用于重频激光打靶的分立式可装卸靶盘的制作方法

1.本实用新型属于激光技术领域，涉及一种用于重频激光打靶的靶盘。


背景技术：

2.超高功率密度激光轰击薄膜靶是获得超快高能质子束的重要手段。将质子束应用于癌症肿瘤治疗，可利用其独特的布拉格峰特性，在杀死癌细胞的同时，能很好地保护正常组织。
3.超强超短激光驱动的以等离子体为工作介质的高能质子加速器，由于其加速梯度远大于传统加速器，大大缩小加速器规模，从而有望减少治疗费用，服务大众，成为新一代质子刀，即激光质子刀。
4.但将其应用于治疗时，由于打靶产生大量的能量集中于靶材上，超高的激光能量将靶材瞬间电离成等离子体状态，产生的部分冲击波和热能沿着靶横向传递，由于未打靶材均为纳米厚度，使其大面积被损毁，从而导致激光打靶的不可持续性，无法继续产生质子束，从而引起治疗中断，严重限制了激光质子刀的应用。
5.此外，打靶时，需要预先将靶材置于靶盘中，普通的超高功率密度激光轰击薄膜靶中的靶盘是作为一个整体安装于打靶装置中，其体积大，安装极其不便，也为靶材的置换的带来了不便。
6.鉴于上述原因，亟需对靶盘的结构进一步改进，提供一种组装方便、打靶时不会对周围靶材造成破坏的靶盘。


技术实现要素：

7.为了克服上述问题，本发明人对靶盘进行了锐意研究，研究出一种用于重频激光打靶的分立式可装卸靶盘，其包括靶盘框体和分立靶载体，多个分立靶载体独立安装于靶盘框体，分立靶载体包括分立靶单元和分立靶压板，通过定位销将分立靶单元和分立靶压板组装成分立靶载体，进而与靶盘框体连接，便于安装和拆卸。所述分立靶单元由前后金属板及中间绝缘板组成，前后金属板均设计有圆台形小孔，避免了打靶时能量过高对周围未打靶材的损坏，从而完成了本实用新型。
8.具体来说，本实用新型的目的在于提供用于重频激光打靶的分立式可装卸靶盘，所述靶盘包括靶盘框体和多个分立靶载体，通过螺栓将多个分立靶载体各自独立安装于靶盘框体上，所述分立靶载体为2～8个；
9.所述分立靶载体包括分立靶单元和分立靶压板，通过定位销将分立靶单元和分立靶压板组装成分立靶载体；所述分立靶单元为2～12个，在分立靶载体上互不接触，分立靶单元上设有靶孔，其中装有靶材。
10.其中，分立靶压板周边设有突出部位，在突出部位设有板孔，用于与靶盘框体固定安装。
11.其中，分立靶压板上的突出部分与相邻分立靶压板上的非突出部分耦合，实现分
立靶压板之间无缝衔接。
12.其中，分立靶压板上开设有多个由两个小靶槽和一个大靶槽组成的槽体，每个槽体上可安装一个分立靶单元
13.其中，大靶槽位于两个小靶槽之间，大靶槽与小靶槽之间的部位为定位部，在定位部上开设定位孔。
14.其中，分立靶单元上设有与分立靶压板上定位孔配合使用的安装孔，其孔径大小与定位销完全卡和。
15.其中，在分立靶压板上分立靶单元之间互不接触的位置设有板孔，用于与靶盘框体之间的固定安装。
16.其中，靶盘框体上设有与分立板压板上相同尺寸的大靶槽位和小靶槽位。
17.其中，分立靶单元上的靶孔均匀分布。
18.进一步地，分立靶单元上靶孔以点阵方式分布。
19.本实用新型所具有的有益效果包括：
20.(1)本实用新型提供的分立式可装卸靶盘结构简单、组装方便，分立靶单元、分立靶载体均可拆卸，使用方便。
21.(2)本实用新型提供的分立式可装卸靶盘中，将靶孔设为一定的角度，避免了打靶时能量传递至邻近未打靶孔处的靶材造成的损坏，提高了靶材的利用率，在实践中具有极其重要的意义。
22.(3)本实用新型提供的分立式可装卸靶盘中，多个分立靶单元在分立靶压板上互不接触，不仅安装稳定，而且阻断了分立靶单元之间的能量传播。
附图说明
23.图1示出本实用新型一种优选实施方式的分立式可装卸靶盘结构示意图；
24.图2示出本实用新型一种优选实施方式的分立式可装卸靶盘结构中包含的靶盘框体局部放大图；
25.图3示出本实用新型一种优选实施方式的分立靶压板结构示意图；
26.图4示出本实用新型一种优选实施方式的分立靶载体结构示意图；
27.图5示出本实用新型一种优选实施方式的未组装分立靶单元结构示意图；
28.图6示出本实用新型一种优选实施方式的组装后分立靶单元结构示意图；
29.图7示出图6中沿a-a断面剖视图。
30.附图标号说明
31.1-靶盘框体；
32.11-销孔；
33.12-大靶槽位；
34.13-小靶槽位；
35.14-靶盘孔；
36.2-分立靶载体；
37.21-分立靶单元；
38.211-靶孔；
39.212-安装孔；
40.213-金属板；
41.214-绝缘板；
42.215-螺丝孔；
43.22-分立靶压板；
44.221-定位孔；
45.222-板孔；
46.223-中心孔；
47.224-大靶槽；
48.225-小靶槽；
49.3-定位销。
具体实施方式
50.下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。
51.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
52.根据本实用新型提供的用于重频激光打靶的分立式可装卸靶盘，所述靶盘包括靶盘框体1和分立靶载体2，分立靶载体2包括分立靶单元21和分立靶压板22，通过定位销3将分立靶单元21和分立靶压板22组装成分立靶载体2，再将分立靶载体2通过螺栓安装于靶盘框体1，如图1-2所示。
53.根据优选实施方式，所述靶盘为分立式结构，即多个分立靶载体2独立安装于靶盘框体1上，所述分立靶载体2为2～8个，更优选为2～6个，例如4个。
54.由于激光打靶是在高度真空度下进行，而且分立靶载体2上存储的靶材是有限的，靶材使用完毕后，需要重新补入新的靶材。将分立靶载体2独立安装，便于随时更换分立靶载体2或更换分立靶载体2上的靶材。
55.在本实用新型中，分立靶压板22周边，即上、下、左、右位置上均有突出部位，在突出部位设有板孔222，用于与靶盘框体1固定安装。
56.进一步地，多个分立靶载体3安装于靶盘框体1，实质上是将分立靶压板22固定安装于靶盘框体1，优选地，一个分立靶压板22上的突出部分与相邻分立靶压板22上的非突出部分，即凹陷部分是相互耦合的，实现多个分立靶压板22之间在最小的面积内无缝衔接，最大限度减小分立靶压板22之间的间距，进而最大限度利用靶盘框体1的面积，将与分立靶压板22上安装的靶片1中的靶孔13更多的暴露出来。
57.进一步地，所述分立靶压板22上方设有左右两个突出部位，每个突出部位设有两个板孔222，所述两个突出部位的中心位置分别置于分立靶压板22上方的1/4处和3/4处；分立靶压板22右侧方有上下两个突出部位，每个突出部位设有两个板孔222，所述两个突出部分的中心位置分别置于分立靶压板22右侧方的1/4处和3/4处；分立靶压板22下方有左端、中部、右端三个突出部位，其中，左端和右端的突出部分别设有一个板孔222，中部突出部位
设有两个板孔222；分立靶压板22左侧方有上端、中部、下端三个突出部位，其中，上端和下端突出部位分别设有一个板孔222，中部突出部位设有两个板孔222。
58.进一步地，所述突出部位的形状为齿状、波浪状、半圆角矩形中的任意一种或几种，优选为半圆角矩形，便于加工和安装。
59.根据本实用新型，在靶盘框体1上与分立靶压板22板孔222相同位置设有靶盘孔14，板孔222与靶盘孔14内设有螺纹，通过螺栓实现分立靶压板22与靶盘框体1之间的固定安装。
60.在本实用新型中，所述分立靶单元21上设有靶孔211，分立靶单元21与分立靶压板22安装时，需要将靶孔211露出来，以此才能在重频激光打靶过程中，将激光辐照于靶孔211位置露出来的靶材，将靶材中的质子激发出来形成质子束。因此，分立靶压板22为中空板状结构，即在分立靶压板22中间开设靶槽，将分立靶单元21上的靶孔211在靶槽内露出来。
61.根据本实用新型，在分立靶压板22上靶槽的上、下两边或左、右两边或四周设有定位孔221，分立靶单元21上设有与分立靶压板22上定位孔221配合使用的安装孔212，其孔径大小能与定位销3完全卡和，通过定位销3，将分立靶单元21和分立靶压板22组装成分立靶载体2。
62.定位孔221分布于分立靶压板22上靶槽的四周时，一方面由于分立靶单元21与分立靶压板22之间可能存在空隙，导致打靶不精准，另一方面由于打靶时应力分布不均，也会对打靶精度产生影响。本发明人将定位孔221的位置向分立靶压板22内部位置移动，这样分立靶压板22上需要有更多的板状空间用于开设定位孔221，进一步会导致与分立靶单元21定位安装时，遮挡一部分靶孔211，不能“物尽其用”。
63.根据优选实施方式，在分立靶压板22上靶槽的上、下两边或左、右两边设有定位孔221，不仅能减少应力，还能在分立靶压板22上开设更大面积的靶槽，将更多的靶孔211裸露出来。
64.在进一步优选实施方式中，在分立靶压板22上靶槽的上、下两边或左、右两边没有与靶孔211重合的部位进一步开设小靶槽，形成中间大靶槽224，两边小靶槽225的槽体，大靶槽224与小靶槽225之间的部分称之为定位部，也就是在定位部上开设定位孔221。其中，两边小靶槽225能够将遮挡的靶孔211裸露出来，大靶槽224和小靶槽225之间的定位孔221将分立靶单元21与立板压板22连接，使分立靶单元21的固定或安装更为稳定可控。
65.根据本实用新型，分立靶压板22上开设有多个由两个小靶槽225和一个大靶槽224组成的槽体，每个槽体上可安装一个分立靶单元21，所述槽体为2～12个，更优选为6～8个，例如4个，也就是分立靶单元21优选为2～12个，更优选为6～8个，例如4个。
66.在本实用新型中，分立靶单元21之间互不接触。
67.其中，分立靶单元21之间互不接触，不仅使分立靶单元21与分立靶压板22之间的安装更为稳定，同时还具有阻断热传导的作用，使得一个分立靶单元21在被激光打靶产生热量后，热量不会传导到相邻分离的分立靶单元21上，避免了热量的聚集，如图3-4所示。
68.在本实用新型中，在分立靶单元21之间互不接触的位置，即分立靶压板22上设有板孔222，优选2个板孔222，用于与靶盘框体1之间的进一步固定安装；与此同时，在分立靶单元21之间互不接触的十字交叉位置设有中心孔223，用于固定针尖、十字叉丝等材料，以表征靶盘的正中心。
69.在本实用新型中，靶盘框体1上，设有与分立靶压板22上定位孔221以及分立靶单元21上安装孔212配合使用的销孔11，并设有与分立板压板22上相同尺寸的大靶槽位12和小靶槽位13。
70.进一步地，在大靶槽位12和小靶槽位13之间有定位杆，定位杆上设有销孔11。其中，定位杆的高度与靶盘框体1平面之间的高度差为分立靶单元21的厚度，也可以理解为：靶盘框体1上设有能与分立靶单元21卡和的卡槽，卡槽包括一个大靶槽位12和两个小靶槽位13，大靶槽位12位于小靶槽位13之间，大靶槽位12和小靶槽位13之间通过定位杆分隔开，定位杆上设有销孔11，定位杆高度与靶盘框体1平面之间的高度差为分立靶单元21的厚度。
71.安装时，通过定位销3将分立靶单元21和分立靶压板22组装成分立靶载体2，再通过定位销3初步将分立靶载体2安装于靶盘框体1上，分立靶单元21夹持于分立靶压板22和靶盘框体1之间。进一步在分立靶压板22上设有的板孔222和靶盘框体1上设有的靶盘孔14中拧入螺栓，实现分立靶载体2和靶盘框体1之间的固定连接。
72.在本实用新型中，分立靶压板22上能同时安装多个互不接触的分立靶单元21，避免分立靶单元21之间的能量传播影响打靶效果，分立靶压板22上开设的大靶槽224和小靶槽225将分立靶单元21上的靶孔211完全裸露，实现了靶孔211利用率的最大化；多个分立靶载体2独立安装于靶盘框体1上，随时更换分立靶载体2或更换分立靶载体2上的靶材，使用或装卸更为便捷。
73.在本实用新型中，分立靶单元21的形状与分立靶压板22是需要卡和的，又因为分立靶压板22需要与靶盘框体1卡和，所以分立靶单元21的形状决定了分立靶压板22中间槽体的形状，分立靶压板22的外部形状决定了与靶盘框体1吻合的内部形状。所述分立靶单元21、分立靶压板22以及靶盘框体1的形状为方形、梯形或圆形；优选地，所述分立靶单元21、分立靶压板22以及靶盘框体1的形状为方形，便于加工和使用，也便于实现各个部分的面积利用最大化。
74.进一步地，所述分立靶单元21上靶孔211均匀分布，优选以点阵的方式分布。
75.将靶孔211均匀分布，使得打靶时等距换位更容易，且便于加工，特别是方形的分立靶单元21，还能实现靶孔211在分立靶单元21上空间利用率最大化。
76.在一种优选实施方式中，分立靶单元21为方形，靶孔211以点阵方式分布，靶孔211数为12～36个，优选为18～30个，靶孔211的行数为2～6行，靶孔1的列数为5～7列，例如以每行6个靶孔211，每列4个靶孔211的方式排布，总共设有24个靶孔211，如图4所示。
77.其中，所述分立靶单元21包括两片金属板213和夹持于其间的绝缘板214，靶孔211依次贯穿金属板213、绝缘板214和金属板213。
78.进一步地，所述分立靶单元21总厚度为2～8mm，优选为3～6mm，例如3～4mm。
79.根据优选实施方式，所述金属板213的厚度为0.6～4mm，优选为1～2mm，金属板213厚度比绝缘板214的厚度大0.5～3mm。
80.其中，金属板213具有优良的导热性，中间夹持的绝缘板214有效防止金属板213聚集的热量传导至靶材上，对靶材造成损坏。
81.在本实用新型中，靶孔211在金属板213上的部分由圆柱和圆台构成，圆柱孔径与圆台接触的小孔面处孔径大小相同，圆台母线与中轴线之间的夹角为10～60
°
，优选为30～55
°
，例如45
°
，靶孔211在绝缘板214上的部分为圆柱形如图7所示。
82.在本实用新型中，靶孔211在金属板213上的部分为圆柱和圆台，使得激光打靶时，更多的能量在圆台面处反射，解决了打靶时能量传递至邻近未打靶孔处导致靶材损坏的缺陷。
83.在本实用新型中，靶孔211在绝缘板214上的圆柱形孔径等于或大于金属板213上圆台小孔面处孔径，优选地，靶孔211在绝缘板214上的圆柱形孔径大于金属板213上圆台小孔面处孔径，如图7所示。
84.当靶孔211在绝缘板214上的圆柱形孔径小于金属板213上圆台小孔面处孔径时，打靶过程中，绝缘板214可能发生形变，对激光打靶精度直接产生影响；当靶孔211在绝缘板214上的圆柱形孔径等于金属板213上圆台小孔面处孔径时，组装分立靶单元21过程中，稍微错位，或者打孔位置加工有偏差，靶孔211就会被绝缘板214挡住一部分，进而对激光打靶精度产生影响；当靶孔211在绝缘板214上的圆柱形孔径大于金属板213上圆台小孔面处孔径时，不论是加工、靶片1的组装，还是激光打靶的精度，都不会产生影响。
85.其中，靶孔211的加工大小根据实际打靶的需求的决定，一般金属板213上圆柱孔径为3～8mm，优选为5～6mm；绝缘板214上圆柱形孔径比金属板2上圆柱孔径大1～5mm即可，优选地，绝缘板214上圆柱形孔径比金属板213上圆柱孔径大2～3mm。
86.其中，金属板213上圆柱的高度约为金属板213厚度的1/3。
87.进一步地，在金属板213和绝缘板214上设有多个螺丝孔215，螺丝孔215内部有螺纹，金属板213和绝缘板214之间通过螺栓组合，如图5-7所示。
88.其中，由于打靶会产生极高的热量以及其他形式的能量，金属板213除了有优良的导热性外，所述金属板213和绝缘板214的材料均需具备耐高温的特性，避免其熔化或变形；又由于“热胀冷缩”的缘故，若金属板213和绝缘板214材料之间的热膨胀系数偏大，高温下，金属板213和绝缘板214材料发生相变，进而导致金属板213和绝缘板214发生形变，对打靶的靶点精度产生影响。优选地，所述金属板213的材质为纯金属如钛、镍、铬、锆等，或合金如不锈钢、金铟、镍铬、钛铝等，进一步优选为合金，例如不锈钢；所述绝缘板12的材料选自陶瓷、特氟龙、硅基片、有机硅云母中的任意一种或几种，进一步优选为陶瓷。
89.在本实用新型中，首先将金属板213夹持绝缘板214组成成分立靶单元21；进而于分立靶单元21，组装成分立靶载体2，保证分立靶单元的安装稳定性；之后，将分立靶载体2安装于靶盘框体1上，完成用于重频激光打靶的分立式可装卸靶盘的组装。
90.任选地，在靶盘框体1周边设有n个孔11，优选在靶盘框体1周边每个边上设有2～12个孔11，优选为4～6个，用于与靶盘外部的大框架连接。
91.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
92.以上结合优选实施方式和范例性实例对本实用新型进行了详细说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本实用新型的阐述性解释，并不对本实用新型的保护范围构成任何限制。在不超出本实用新型精神和保护范围的情况下，可以对本实用新型技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本实用新型的保护范围内。