一种超导电子回旋共振离子源同心度的调节装置及方法

本发明涉及粒子加速器，具体涉及一种超导电子回旋共振离子源同心度的调节装置及方法。

背景技术：

1、超导电子回旋共振(electron cyclotron resonance，缩写为ecr)离子源因其提供的离子种类丰富、电荷态分布广泛以及引出离子束流流强高而被大量应用在离子加速器上。

2、为了减小漏热，氦槽筒体与外杜瓦之间仅使用金属材质的拉杆连接。然而在焊接或振动等外界因素影响下，离子源外杜瓦的机械中心和超导磁体的磁中心就会发生偏离，导致同心度变差。而这样的超导电子回旋共振离子源产生的束流在随后的加速器传输中就会偏离设计路径，造成加速器传输效率和加速效率的降低，甚至威胁加速器工作安全。

3、总之，目前的超导电子回旋共振离子源存在外杜瓦的机械中心和超导磁体的磁中心会发生偏离而导致同心度变差的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种超导电子回旋共振离子源同心度的调节装置及方法，用于解决超导电子回旋共振离子源的外杜瓦的机械中心和超导磁体的磁中心会发生偏离，导致同心度变差的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种超导电子回旋共振离子源同心度的调节装置，设置在超导电子回旋共振离子源上，所述超导电子回旋共振离子源两端分别设置有低温保持器，所述低温保持器设置在氦槽筒体的外环上，氦槽筒体的外环的两端分别配置有端盖形成氦槽筒体外环端盖，所述低温保持器包括外杜瓦，所述外杜瓦的两端分别配置盖板形成外杜瓦端盖；

4、所述调节装置包括前端调节装置和后端调节装置，所述前端调节装置和所述后端调节装置分别设置在超导电子回旋共振离子源两端的低温保持器上；

5、所述前端调节装置和所述后端调节装置均包括一组调节器和一组定位靶标，

6、每组调节器包括四根调节拉杆，四根调节拉杆的内端固定在低温保持器的氦槽筒体外环端盖上；

7、每组定位靶标包括三个定位靶标，三个定位靶标分散设置在氦槽筒体外环端盖的外壁上，外杜瓦端盖上分散设置有三个观察孔，定位靶标穿过铜屏露出端头，当氦槽筒体与外杜瓦均处于理想装配状态时，三个观察孔分别与三个定位靶标露出的端头正对；

8、通过调节前端调节装置或后端调节装置的四个所述调节拉杆的长度，能调节前端调节装置或后端调节装置的氦槽筒体外环端盖的圆心与外杜瓦端盖的圆心之间的距离。

9、具体地，所述超导电子回旋共振离子源包括等离子体弧腔、氦槽筒体、超导磁体和两个低温保持器，

10、所述氦槽筒体包括内环和外环，外环套设在内环外侧且与内环为同心结构；

11、所述等离子体弧腔设置在氦槽筒体的内环内，等离子体弧腔的两端分别设置有原子进口和离子出口；

12、超导磁体设置在所述氦槽筒体的内环的外壁上；

13、氦槽筒体的外环设置在所述超导磁体的外侧，且氦槽筒体的外环内壁上设置有用于放置液氦的氦槽；

14、两个低温保持器分别设置在所述氦槽筒体的外环的两端；

15、其中，原子从原子进口进入，在等离子体弧腔中发生电离变成离子，离子从离子出口流出；超导磁体为离子运动提供磁场，使离子加速运动；液氦放置在氦槽内，为超导磁体提供低温环境，保证超导磁体的超导效果。

16、进一步地，所述低温保持器还包括铜屏和真空夹层，铜屏包裹在所述氦槽筒体的外环上，外杜瓦设置在所述铜屏的外侧，在铜屏外壁与外杜瓦的内壁之间的环形空间形成所述真空夹层。

17、进一步地，所述铜屏的两端分别设置盖板形成铜屏端盖，所述铜屏端盖通过铜丝辫连接在外杜瓦的两端的外杜瓦端盖上；

18、所述等离子体弧腔的两端分别焊接在外杜瓦的两端的外杜瓦端盖上；

19、所述氦槽筒体外环端盖、所述铜屏端盖和所述外杜瓦端盖的形状均为圆形。

20、进一步地，四根所述调节拉杆均匀设置在相应的氦槽筒体外环端盖上，且相邻调节拉杆的延长线的夹角为90度。

21、进一步地，每根调节拉杆的内端穿过外杜瓦、伸入真空夹层内、再穿过铜屏，与氦槽筒体外环端盖的外壁固定连接，且每根调节拉杆露出端头形成外端。

22、进一步地，每个所述调节拉杆的外端配置有调节螺帽，所述调节螺帽与所述调节拉杆的外端通过螺纹连接。

23、进一步地，所述前端调节装置或所述后端调节装置的三个定位靶标均匀间隔设置在氦槽筒体外环端盖的外壁上，且相邻两个定位靶标与氦槽筒体外环端盖的外壁圆心的夹角为120度。

24、进一步地，所述外杜瓦端盖上的观察孔的尺寸大于相对应的定位靶标，所述观察孔上配置有观察窗盖。

25、第二方面，本发明还公开了一种超导电子回旋共振离子源同心度的调节方法，采用上述的超导电子回旋共振离子源同心度的调节装置，包括：

26、步骤a：以超导电子回旋共振离子源在理想装配状态下的位置记为初始位置，根据初始位置建立初始三维直角坐标系，并在初始三维直角坐标系测量三个定位靶标的初始空间坐标；

27、步骤b：先后依次完成外杜瓦、铜屏、外杜瓦端盖、等离子体弧腔的组装，然后分别测量三个定位靶标当下的空间坐标，将铜屏端盖、外杜瓦端盖、等离子体弧腔端面的位置恢复至初始位置，重新恢复初始三维直角坐标系；最后在重新恢复所述初始三维直角坐标系下，一边调节前端调节装置的四个所述调节拉杆的长度的同时，一边观察前端调节装置的三个观察孔分别与三个定位靶标露出的端头是否正对，直至前端调节装置的三个观察孔分别与三个定位靶标露出的端头正对；最终实现超导电子回旋共振离子源量的外杜瓦的中心线和超导磁体的中心线的同心度的调节；

28、其中，三个观察孔分别与三个定位靶标露出的端头正对的要求是：通过调节装置调节铜屏端盖的圆心、外杜瓦端盖的圆心和等离子体弧腔端面圆心的位置，使三者圆心在xoy面的偏移小于0.1mm。

29、其中，步骤a包括以下具体步骤：

30、步骤a1：以氦槽筒体的内环的端盖的圆心为原点，氦槽筒体的内环的端盖法向量的方向为z方向，原点与其中一个定位靶标的连线为y方向，根据右手规则建立初始三维直角坐标系；

31、步骤a2：在所述三维直角坐标系下利用机械测量装置测量三个定位靶标的初始空间坐标。

32、步骤b包括以下步骤：

33、步骤b1：首先，通过调节拉杆将外杜瓦与氦槽筒体的外环连接，然后再将铜屏安装在氦槽筒体的外环上；

34、然后，根据三个定位靶标的初始空间坐标，利用机械测量装置测量三个定位靶标当下的空间坐标，并将氦槽筒体的位置恢复至初始位置，重新恢复初始三维直角坐标系；

35、最后，测量铜屏的内环的端面的内径得到铜屏的内环的端面的圆心，旋转调节螺帽，改变调节拉杆的长度，使铜屏的内环的端面的圆心与所述三维直角坐标系的原点之间的距离缩小，直至两点在xoy面的偏移小于0.1mm；

36、步骤b2：首先，在外杜瓦两端分别焊接外杜瓦端盖；

37、然后，打开观察孔上的观察窗盖，根据三个定位靶标的初始空间坐标，利用机械测量装置测量三个定位靶标当下的空间坐标，并将外杜瓦端盖的位置恢复至初始位置，重新恢复初始三维直角坐标系；

38、最后，测量外杜瓦端盖的半径得到外杜瓦端盖的圆心，旋转调节螺帽，改变调节拉杆的长度，使外杜瓦端盖的圆心与所述三维直角坐标系的原点之间的距离缩小，直至两点在xoy面的偏移小于0.1mm；

39、步骤b3：首先，等离子体弧腔穿过外杜瓦端盖上预设的用于穿设等离子体弧腔的穿孔，等离子体弧腔的两端分别与外杜瓦两端的外杜瓦端盖焊接；

40、然后，打开观察孔上的观察窗盖，利用机械测量装置测量三个定位靶标当下的空间坐标，重新恢复初始三维直角坐标系；

41、最后，测量等离子体弧腔端面的内径得到等离子体弧腔端面圆心，旋转调节螺帽，改变调节拉杆的长度，使得等离子体弧腔端面圆心与所述三维直角坐标系的原点之间的距离缩小，直至两点在xoy面的偏移小于0.1mm。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

43、本发明公开了一种超导电子回旋共振离子源同心度的调节装置，三个定位靶标分散设置在氦槽筒体外环端盖的外壁上，外杜瓦端盖上分散设置有三个观察孔，定位靶标穿过铜屏露出端头，当氦槽筒体与外杜瓦均处于理想装配状态时，三个观察孔分别与三个定位靶标露出的端头正对；通过四个调节拉杆的长度，能氦槽筒体外环端盖的圆心与外杜瓦端盖的圆心之间的距离；当一边调节四个调节拉杆的长度时，一边观察三个观察孔分别与三个定位靶标露出的端头是否正对，直至前端调节装置的三个观察孔分别与三个定位靶标露出的端头正对，实现了超导电子回旋共振离子源在加工装配过程中对磁体中心和机械中心的同心度调节，解决了超导电子回旋共振离子源同心度变差导致引出束流品质严重降低的问题，显著提高重离子加速器运行的稳定性和运行效率。