一种用于辐射区的束流位置及流强测量装置

1.本发明涉及一种加速器技术领域，特别是关于一种用于加速器强辐射区的束流位置及流强测量装置。


背景技术：

2.在强流重离子加速器装置(hiaf)中，放射性次级束流分离器(hfrs)是使用高能强流重离子束打靶产生次级束。在束流打靶实验时绝大部分束流会损失于此位置，因此该区域具有很高放射特性。同时要求测量打靶束流的位置和流强。在次级束线上超强的放射性会造成测量设备电机、电子元件损坏，需要经常检修、更换。
3.在加速器放射性束线现场，停机后很长一段时间内，操作人员无法进入强辐射环境下维修更换设备，需要冷却好多天，辐射剂量降到安全范围内人员才能进场。这样会使得加速器的运行效率异常低下。设计可用于束流位置和流强测量的耐辐射装置，且确保放射区设备更加稳定可靠运行具有重大意义。因此亟需设计一种可在强辐射环境下使用的束流位置流强测量装置。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于加速器强辐射区的束流位置及流强测量装置，该装置结构简单可靠、耐辐射性能更强，方便吊装与更换，能有效保证加速器的正常运行。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于辐射区的束流位置及流强测量装置，其包括：屏蔽导向组件，用于阻挡放射性离子，保护外部放置在所述装置附近的器件；吊具，设置在所述屏蔽导向组件的顶部，天车通过所述吊具对所述装置进行吊装和转运；靶头及传动组件，设置在所述屏蔽导向组件的顶部，位于所述吊具的中部，用于带动靶头组件和流强探头动作。
6.进一步，还包括真空腔体；所述天车通过所述吊具将所述装置吊装至所述真空腔体内；所述真空腔体的两侧分别设置有法兰接口，通过所述法兰接口与加速器束流管道相连接，所述装置与所述法兰接口通过自重压紧的方式实现密封。
7.进一步，所述吊具与所述屏蔽导向组件之间、所述靶头及传动组件与所述屏蔽导向组件之间都采用密封法兰固定密封连接。
8.进一步，所述靶头及传动组件包括线性驱动结构、密封法兰、摄像头及摄像头屏蔽铁、传动杆、传动杆导向、靶头组件和流强探头；所述线性驱动结构和所述摄像头及摄像头屏蔽铁都通过所述密封法兰固定在所述屏蔽导向组件上；所述线性驱动结构与所述传动杆的第一端连接，带动所述传动杆动作；所述传动杆的第二端穿过所述屏蔽导向组件内部孔，与所述靶头组件和所述流强探头连接；所述传动杆导向设置在所述传动杆上，靠近所述传动杆的第二端，用于为所述传动杆提供支撑导向，确保所述靶头组件和所述流强探头的位置。
9.进一步，所述线性驱动结构包括丝杠导轨模组、真空波纹管、位移传感器和电机；所述传动杆穿设在所述波纹管内，与所述波纹管的一端连接；所述波纹管的另一端与所述丝杠导轨模组中的滑块固定连接，所述电机带动所述丝杠导轨模组中的所述滑块沿导轨进行线性移动，进而带动所述波纹管进行压缩伸长运动，以带动所述传动杆连同所述靶头组件和所述流强探头上下运动；所述位移传感器设置在所述丝杠导轨模组上，用于监测所述波纹管的运动。
10.进一步，所述密封法兰上设置有真空观察窗，用于实现摄像头对内部靶头的观察；所述密封法兰上端设置有法兰连接接口，所述线性驱动结构中的波纹管通过所述法兰连接接口密封连接在所述密封法兰上。
11.进一步，所述摄像头及摄像头屏蔽铁设置在所述密封法兰上端；所述摄像头及摄像头屏蔽铁包括摄像头和摄像头屏蔽铁；所述摄像头设置在所述摄像头屏蔽铁内部，并与所述密封法兰上的真空观察窗对齐。
12.进一步，所述靶头组件通过连接件固定在所述传动杆的第二端，所述靶头组件与束流方向成45度设置；所述靶头组件由固定支架以及氧化铝陶瓷组成，所述固定支架呈通透的圆环形式。
13.进一步，所述流强探头包括探头支架、屏蔽筒组件和内部膜环组件；所述探头支架的顶部与所述传动杆的第二端连接；所述屏蔽筒组件采用环形结构，设置在所述探头支架内，用于实现对内部信号的屏蔽；所述内部膜环组件包括三层金属膜架和绝缘支撑杆；三层所述金属膜架等间距设置，相邻的所述金属膜架之间通过所述绝缘支撑杆相互隔离连接；每个所述金属膜架由支撑环和压紧环组成，接触面具有斜度；所述支撑环和所述压紧环之间夹设一片金属膜，通过斜度结构将所述金属膜压平并压紧。
14.进一步，还包括保护架，设置在所述屏蔽导向组件的最前端，吊装时保护前端的所述靶头组件和所述流强探头。
15.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
16.1、本发明的装置能够根据实验需求测量高能强流束的位置和流强，确保打靶实验的顺利进行，设备自带屏蔽铁和吊装导向，屏蔽铁可有效降低辐射对外部电气元件的损伤，增加使用寿命；吊装导向满足天车远程自动吊装，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本。
17.2、本发明的装置自带屏蔽铁和吊装导向，同时外部驱动为抗辐射的全金属驱动机构，在强辐射区屏蔽铁可有效保证外部电气元件，增加使用寿命，吊装导向满足天车对元件的远程自动吊装。
18.3、本发明的装置采用的靶头为超薄氧化铝陶瓷，高能强流束穿过靶头时靶头发光从而监测束流位置，靶头上沉积的功率很少不会造成靶头的损坏。
19.4、本发明的装置采用的流强探头采用三层膜的结构，金属膜在束流穿过时产生二次电子从而监测束流流强，高能强流离子束穿过薄膜时不会损坏探头，探头结构简单可靠，无其他电子元件。
20.综上，本发明能够满足自动吊装，实现次级束线上束流打靶前的束流流强和位置的监测；具有结构简单、使用方便、可靠性高、工作效率高以及成本低的特点，可为加速器束流实验和机器保护提供可靠的服务。
附图说明
21.图1是本发明一实施例提供的用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置总示意图；
22.图2是本发明一实施例提供的用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置吊装示意图；
23.图3是本发明一实施例提供的用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置除屏蔽铁及吊具以为的传动机构结构图；
24.图4是本发明一实施例提供的用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置摄像头安装示意图；
25.图5是本发明一实施例提供的用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置流强探头示意图；
26.图6是本发明一实施例提供的用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置流强探头剖视图；
27.图7是本发明一实施例提供的用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置流强探头膜架环示意图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、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，对本发明实施例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部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
30.本发明公开了一种用于强流加速器辐射区的束流位置及流强测量装置，包括屏蔽铁导向组件、吊具、靶头及传动组件、保护架等；屏蔽铁可有效降低辐射对外部电气元件的损伤，增加使用寿命。屏蔽铁为多个条块组成，屏蔽铁两侧设置有导向球，可以实现束流位置流强测量装置的自动吊装；吊具设置在装置顶部，与密封法兰相连接；靶头及传动组件包括线性驱动组件、密封法兰、摄像头及屏蔽铁、传动杆、传动杆导向、靶头组件、流强探头等。线性驱动组件包括丝杠导轨模组、真空波纹管、位移传感器、电机等。传动杆穿设于波纹管内部，与波纹管尾部相连，穿过屏蔽铁内部孔与内部靶头及流强探头相连。通过线性驱动组件驱动真空波纹管组件作线性伸缩运动，以带动所述传动杆连同靶头上下运动；靶头组件与成45度设置，靶头组件由固定支架以及厚度0.2-03mm的氧化铝陶瓷组成。流强探头包括探头支架、屏蔽筒组件以及内部膜环组件。该装置通过靶头和流强探头监测强流束的位置和流强，具有在线测试和离线功能。
31.在本发明的一个实施例中，如图1所示，提供一种用于加速器强辐射区的束流位置及流强测量装置，本实施例中，该装置包括：
32.屏蔽导向组件1，用于阻挡放射性离子，保护外部放置在装置附近的器件；
33.吊具2，设置在屏蔽导向组件1的顶部，天车通过吊具2对装置进行吊装和转运；
34.靶头及传动组件3，设置在屏蔽导向组件1的顶部，位于吊具2的中部，用于带动靶头组件36和流强探头37动作。
35.上述实施例中，如图2所示，本实施例中的装置还包括真空腔体5。天车通过吊具2将束流位置流强装置吊装至真空腔体5内；实现在加速器束线的安装于固定。真空腔体5的两侧分别设置有法兰接口51，通过法兰接口51与加速器束流管道相连接，装置与法兰接口51通过自重压紧的方式实现密封。本实施例中的真空腔体5内可安装一套独立束流位置流强测量装置。
36.上述实施例中，屏蔽导向组件1由多个屏蔽铁组成，由屏蔽铁来阻挡放射性离子，有效保护外部放置在设备附近电机、电子电气元件等，延长设备的使用寿命；屏蔽导向组件1的两侧设置有导向球，通过与真空腔体5内部的导向槽配合实现阻挡元件的自动吊装。
37.在本实施例中，导向球的具体结构在专利申请号为202011155076.3的文献中已经公开，此处不做赘述。
38.上述实施例中，吊具2与屏蔽导向组件1之间、靶头及传动组件3与屏蔽导向组件1之间都采用密封法兰32固定密封连接。
39.上述实施例中，如图3所示，靶头及传动组件3包括线性驱动结构31、密封法兰32、摄像头及摄像头屏蔽铁33、传动杆34、传动杆导向35、靶头组件36和流强探头37。
40.线性驱动结构31和摄像头及摄像头屏蔽铁33都通过密封法兰32密封固定在屏蔽导向组件1上；
41.线性驱动结构31与传动杆34的第一端连接，带动传动杆34动作；
42.传动杆34的第二端穿过屏蔽导向组件1内部孔，与靶头组件36和流强探头37连接；
43.传动杆导向35设置屏蔽铁组件1上，，靠近传动杆34的第二端，用于为传动杆34提供支撑导向，确保靶头组件36和流强探头37的位置。
44.上述实施例中，线性驱动结构31包括丝杠导轨模组311、波纹管312、位移传感器313和电机314等。
45.传动杆34穿设在波纹管312内，与波纹管312的一端连接；
46.波纹管312的另一端与丝杠导轨模组311中的滑块固定连接，电机314带动丝杠导轨模组311中的滑块沿导轨进行线性移动，进而带动波纹管312进行压缩伸长运动，以带动传动杆34连同靶头组件36和流强探头37上下运动，实现靶头的在线和离线功能，当不需要测量时靶头退回到离线位置；
47.位移传感器313设置在丝杠导轨模组311上，用于监测波纹管312的运动。
48.在本实施例中，丝杠导轨模组311为全金属，可有效防止辐射损坏。
49.上述实施例中，密封法兰32上设置有真空观察窗321，用于实现摄像头对内部靶头的观察；
50.密封法兰32上端设置有法兰连接接口，线性驱动结构31中的波纹管312通过法兰连接接口密封连接在密封法兰32上。
51.上述实施例中，如图4所示，摄像头及摄像头屏蔽铁33设置在密封法兰32上端；摄像头及摄像头屏蔽铁33包括摄像头331和摄像头屏蔽铁332；摄像头331设置在摄像头屏蔽铁332内部，并与密封法兰32上的真空观察窗321对齐。摄像头331为普通小型摄像头，通过
下面导向屏蔽铁和摄像头屏蔽铁332的双层保护可有效延长摄像头331的使用寿命。
52.上述实施例中，靶头组件36通过连接件固定在传动杆34的第二端，靶头组件36与束流方向成45度设置，当束流穿过靶头时发光，从上面垂直放置的摄像头就可观察到束斑形状，从而确认束流的位置和形状；
53.靶头组件36由固定支架以及氧化铝陶瓷组成，固定支架呈通透的圆环形式。优选的，固定支架为金属固定支架，氧化铝陶瓷的厚度为0.2-03mm。使用时，固定支架呈通透的圆环形式，可避免金属固定支架对束流的阻挡。
54.其中，靶头为超薄氧化铝陶瓷，高能强流束穿过靶头时靶头发光从而监测束流位置，靶头上沉积的功率很少不会造成靶头的损坏。
55.上述实施例中，如图5至图7所示，流强探头37包括探头支架371、屏蔽筒组件372和内部膜环组件373。其中：
56.探头支架371的顶部与传动杆34的第二端连接；
57.屏蔽筒组件372采用环形结构，设置在探头支架371内，用于实现对内部信号的屏蔽；
58.内部膜环组件373包括三层金属膜架374和绝缘支撑杆375；三层金属膜架374等间距设置，相邻的金属膜架374之间通过绝缘支撑杆375相互隔离连接；
59.每个金属膜架374由支撑环和压紧环组成，接触面具有预先设定的斜度；支撑环和压紧环之间夹设一片很薄的金属膜，通过斜度结构将金属膜压平并压紧。
60.其中，屏蔽筒组件372中设置有屏蔽盖；屏蔽盖采用环形结构，来保证正常情况下束流的有效通径。
61.使用时，流强探头37采用三层膜的结构，金属膜在束流穿过时产生二次电子从而监测束流流强，两侧的金属膜加高压用来抑制二次电子逃逸，中间的金属膜用来收集二次电子信号，从而确定束流流强；当高能强流离子束穿过薄金属膜时损失很小的能量，产生很小的热量，不会损坏探头，探头结构简单可靠。
62.上述实施例中，本发明的装置还包括保护架4，设置在屏蔽导向组件1的最前端，吊装时保护前端的靶头组件36和流强探头37不会因受到碰撞而损坏。
63.在本发明一个优选的实施例中，本发明的装置还包括运动控制系统和电子学系统，被配置为控制整个装置的运行和信号的获取；实现靶头及传动组件3的运动，进而驱动整个阻挡靶头组件36和流强探头37在真空内部的上下移动，实现靶头在线和离线功能；通过对流强探头37信号的读取处理，监测靶头的位置状态和束流流强信息。
64.综上，本发明在使用时，如图1、图2所示,通过天车吊装如图1所示的独立的测量装置到真空腔体5；真空腔体5两侧法兰接口51与加速器束流管道相连接，并与真空腔体5通过自重压紧的方式实现密封。电机314驱动线性驱动结构31线性移动带动波纹管312做伸缩运动，带动传动杆34及靶头组件36和流强探头37上下移动，实现靶头的在线和离线功能，靶头在束流穿过时发光，从而确认束流位置和形状；流强探头通过收集薄膜产生的二次电子确认束流的流强。综上，本发明能够满足自动吊装，实现辐射区强流束位置流强测量；具有结构简单、使用方便、可靠性高、及成本低的特点，可为加速器束流实验和机器保护提供可靠的服务。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。