一种加速器束窗窗体结构及束窗系统

本技术涉及加速器，尤其涉及一种加速器束窗窗体结构及束窗系统。

背景技术：

1、为了使加速器束流通道保持真空状态以及使加速器束流通道和靶室保持洁净，加速器同位素生产系统的加速器束流通道和靶室之间需要设置束窗系统。当束流穿过束窗系统的束窗窗体时，束流上的部分能量会不可避免地沉积在束窗窗体上，使束窗窗体出现发热的现象。尤其随着加速器技术的发展，束流功率和流强水平在不断提升，束流穿过束窗窗体时的能量沉积也在不断增加，从而使得束窗窗体发热也越来越严重。因此，需要在束窗系统设置冷却机构对束窗窗体进行冷却。

2、目前，束窗上的热量移除主要包括两种方式，一种是通过与靶体的接触，窗靶一体进行冷却，另一种是通过气体或液体直接对窗体进行强制对流冷却。第一种方案中，靶上冷却面在远离窗体一侧，窗与靶整体只有一个对流换热面，冷却效率较低，且受到窗与靶之间接触热阻的限制，冷却效果难以保证，因此国际上主要采用第二种方案，在束窗面上进行强制对流冷却。该冷却方式在束流功率较低时，由于冷却剂压力较小，常用的合金薄窗强度一般可以满足要求。当束流功率提高时，窗上热量随之等比例升高，为了有效移除窗上的热量，需要提高冷却剂压力或者增大窗体面积。不论哪种方案，都需要增加薄窗的厚度以满足更高的强度要求。但是，当窗体厚度增加，束流在窗上的热量沉积也随之等比例升高，反过来又增加了冷却的难度。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种加速器束窗窗体结构及束窗系统，其通过采用具有横向导热能力的材料制成窗体并将窗体设置于带有冷却流道的窗盘实现对窗体的快速冷却，无需因设置窗体强制冷却机构而需增加束窗窗体厚度以提高束窗窗体强度，从而避免因束窗厚度增加，窗上热量沉积增多，冷却难度反而增大的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一方面，本实用新型提供了一种加速器束窗窗体结构，包括：

4、窗盘，所述窗盘上具有至少一个沿其轴向设置的窗口，所述窗口在所述窗盘上形成供束流通过的第一束流通道，所述窗盘内设置有与循环冷却装置连通的第一冷却流道，所述第一冷却流道适于通过所述循环冷却装置循环通入的换热介质与所述窗盘进行热交换；

5、窗体，所述窗体固定设置在所述窗盘上并覆盖所述窗口，所述窗体由具有横向导热能力的材料制成，所述窗体适于将束流沉积于其上的能量快速传递至所述窗盘。

6、优选的，所述窗体材料为高横向导热复合石墨膜。

7、优选的，所述窗盘上具有9个所述窗口，9个所述窗口在所述窗盘上排列成3×3的矩阵。

8、优选的，所述窗盘上具有9个所述窗体，每一所述窗体对应覆盖每一所述窗口。

9、优选的，所述窗盘上固定设置有预紧件，所述预紧件数量与所述窗口数量相匹配且一一对应，所述预紧件用于对所述窗体进行压紧固定，所述预紧件上具有与所述窗口对应设置的通孔，所述通孔的尺寸大于窗口的尺寸，所述通孔在所述预紧件上形成供所述粒子束流通过的第二束流通道。

10、优选的，所述通孔的尺寸大于所述窗口的尺寸。

11、另一方面，本实用新型还提供了一种加速器束窗系统，包括壳体以及如上所述的任一种加速器束窗窗体结构，所述壳体具有贯穿其两端的空腔，所述窗盘设置于所述空腔且与所述空腔侧壁密封固定连接，所述壳体两端分别具有前法兰和后法兰。

12、优选的，所述空腔内还设置有位于所述窗盘前侧的刮束盘，所述刮束盘与所述空腔侧壁固定连接，所述刮束盘上具有与所述窗口对应设置的刮束孔，所述刮束孔数量与所述窗口数量相匹配且一一对应，所述刮束孔在所述刮束盘上形成刮束束流通道。

13、优选的，所述空腔内壁和所述刮束盘之间还设置有绝缘环。

14、优选的，所述刮束孔远离所述窗盘一端为锥形孔，所述锥形孔部分远离所述窗盘一端的尺寸大于靠近所述窗盘一端的尺寸，所述刮束孔尺寸小于所述窗口尺寸。

15、优选的，所述刮束盘内具有与循环冷却装置连通的第二冷却流道，所述第二冷却流道适于通过所述循环冷却装置循环通入的换热介质与所述刮束盘进行热交换。

16、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

17、本实用新型通过采用具有横向导热能力的材料制成窗体并将窗体固定设置于带有冷却流道的窗盘上，单个窗体尺寸较小，使用时窗体能够依靠其横向导热能力将束流穿过窗体时沉积于束窗窗体上的能量快速传递到窗盘上并与窗盘冷却流道内的换热介质进行热交换，从而实现对窗体的快速冷却。与现有技术相比，本实用新型无需因设置冷却机构而需增加窗体厚度以增加窗体强度，从而避免因窗体厚度增加，窗上热量沉积增多，冷却难度反而增大的问题。

技术特征：

1.一种加速器束窗窗体结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的加速器束窗窗体结构，其特征在于，所述窗体(2)材料为高横向导热复合石墨膜。

3.如权利要求1所述的加速器束窗窗体结构，其特征在于，所述窗盘(1)上具有9个所述窗口(11)，9个所述窗口(11)在所述窗盘(1)上排列成3×3的矩阵。

4.如权利要求3所述的加速器束窗窗体结构，其特征在于，所述窗盘上具有9个所述窗体(2)，每一所述窗体(2)对应覆盖每一所述窗口(11)。

5.如权利要求1所述的加速器束窗窗体结构，其特征在于，所述窗盘(1)上固定设置有预紧件(3)，所述预紧件(3)数量与所述窗口(11)数量相匹配且一一对应，所述预紧件(3)用于对所述窗体(2)进行压紧固定，所述预紧件(3)上具有与所述窗口(11)对应设置的通孔(31)，所述通孔(31)的尺寸大于所述窗口(11)的尺寸，所述通孔(31)在所述预紧件(3)上形成供所述束流通过的第二束流通道。

6.一种加速器束窗系统，其特征在于，包括壳体(4)以及如权利要求1-5任一项所述的加速器束窗窗体结构，所述壳体(4)具有贯穿其两端的空腔(41)，所述窗盘(1)设置于所述空腔(41)内且与所述空腔(41)侧壁密封固定连接，所述壳体(4)两端分别具有前法兰(42)和后法兰(43)。

7.如权利要求6所述的加速器束窗系统，其特征在于，所述空腔(41)内还设置有位于所述窗盘(1)前侧的刮束盘(5)，所述刮束盘(5)与所述空腔(41)侧壁固定连接，所述刮束盘(5)上具有与所述窗口(11)对应设置的刮束孔(51)，所述刮束孔(51)数量与所述窗口(11)数量相匹配且一一对应，所述刮束孔(51)在所述刮束盘(5)上形成刮束束流通道。

8.如权利要求7所述的加速器束窗系统，其特征在于，所述空腔(41)内壁和所述刮束盘(5)之间还设置有绝缘环(6)。

9.如权利要求7所述的加速器束窗系统，其特征在于，所述刮束孔(51)远离所述窗盘(1)一端为锥形孔，所述锥形孔部分远离所述窗盘(1)一端的尺寸大于靠近所述窗盘(1)一端的尺寸，所述刮束孔(51)尺寸小于所述窗口(11)尺寸。

10.如权利要求7所述的加速器束窗系统，其特征在于，所述刮束盘(5)内具有与循环冷却装置连通的第二冷却流道(52)，所述第二冷却流道(52)适于通过所述循环冷却装置循环通入的换热介质与所述刮束盘(5)进行热交换。

技术总结
本技术公开了一种加速器束窗窗体结构及束窗系统，束窗窗体结构包括窗盘，窗盘上至少具有一个沿其轴向设置的窗口，窗口在窗盘上形成供束流通过的第一束流通道，窗盘内设置有与循环冷却装置连通的第一冷却流道，循环冷却装置向第一冷却流道循环通入换热介质，窗盘上还固定设置有覆盖窗口的窗体，单个窗体面积较小且由具有横向导热能力的材料制成，因此能够将束流沉积于其上的能量快速传递至窗盘。与现有技术相比，本技术通过采用具有横向导热能力的材料制成窗体并将窗体设置于带有冷却流道的窗盘，能够解决窗体直接强制冷却方案中窗体承压与窗体冷却的矛盾，同时可以避免因设置窗体直接对流冷却机构引起束窗系统复杂度高、可靠性差的问题。

技术研发人员：贾欢,何源,蔡汉杰,牛海华,秦元帅,王锋锋,张鹏,张勋超,普能
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：20221116
技术公布日：2024/1/12