中子准直器的制作方法

本申请涉及高能物理研究领域，尤其涉及一种中子准直器。

背景技术：

中子源射出的中子通过中子准直器实现准直效果，以约束中子沿预期方向的纵向与横向角度发散度从而形成中子束；同时作为最内层的束线部件，中子准直器需要屏蔽来自准直器外部的杂散中子，防止其进入中子束内影响束线质量。准直器对通过的中子兼具准直－控制中子束发散度和屏蔽－实现中子束内外隔绝的功能，是任何中子束工程和科研装置的核心部件。

现有中子准直器主要通过在真空箱体内设置挡块，使中子束流通过挡块上的通孔，从而实现对束流束斑形状及尺寸的调节准直。而现有的准直器每个挡块上加工一个通孔，当需要不同截面尺寸的中子束流时，主要通过人工的方式更换相应的挡块，这往往需要加速器停机等待挡块更换完成，同时由于位于辐射环境，更换人员需要穿着厚重的防辐射服进行工作，整个过程耗时费力，效率低下，增加成本。

技术实现要素：

本发明提供一种中子准直器，旨在解决现有中子准直器获得不同截面尺寸的中子束流需人工更换挡块，导致工作效率低下，增加成本的问题。

一种中子准直器，包括：

真空箱体，所述真空箱体用于提供中子束穿过的真空环境；

挡块，所述挡块位于所述真空箱体内，所述挡块表面设有不同截面的通孔，所述挡块底部设有安装座；

传动组件，所述传动组件与所述安装座固定连接，用于带动所述挡块运动。

所述的中子准直器，其中，所述传动装置包括丝杠、驱动所述丝杠转动的电机，以及设置于所述安装座上与所述丝杠相啮合的螺母。

所述的中子准直器，其中，所述安装座底部装有垂直于所述通孔延伸方向的滑块，真空箱体表面设有与所述滑块相适配的导轨。

所述的中子准直器，其中，所述真空箱体表面设有连接所述丝杠与电机的磁流体密封传动装置。

所述的中子准直器，其中，所述挡块为多个不同材质的子挡块复合而成，所述子挡块沿所述通孔延伸方向依次叠放。

所述的中子准直器，其中，所述子挡块包括前挡块及后挡块，所述前挡块为铜挡块，所述后挡块为铁挡块；所述前挡块与所述后挡块沿所述通孔延伸方向的厚度比为3:7。

所述的中子准直器，其中，所述真空箱体与所述通孔一端相对的一侧表面设有供中子束进入的入口，所述真空箱体另一侧与所述通孔另一端相对的表面设有供中子束射出的出口。

所述的中子准直器，其中，所述安装座上设有用于检测所述挡块位移的LVDT位移传感器。

所述的中子准直器，其中，所述传动组件上设有用于限定所述挡块移动行程的限位开关，所述限位开关与所述驱动装置电连，所述限位开关为陶瓷限位开关。

所述的中子准直器，其中，所述真空箱体顶部为抗形变的圆弧形。

本发明所给出的中子准直器，通过在挡块上设置多个不同截面尺寸的通孔，借助电机和传动组件，精确控制真空内挡块的移动，根据不同实验的需要，使中子束流顺利通过挡块上相应截面尺寸的通孔，从而获得相应束斑尺寸的中子束流。传动组件位于真空箱体内，驱动装置位于真空箱体外，二者通过磁流体密封传动装置连接，实现运动从真空箱体外传递到真空箱体内；在挡块上设置LVDT位移传感器，时时将挡块的位置信息反馈给控制装置，实现挡块位置的精确控制，使得不同截面通孔切换快速且精确，极大地提升了工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例中，中子准直器的结构示意图；

图2为本发明实施例中，挡块的结构示意图；

图3为本发明实施例中，中子准直器的侧视图；

图4为图3中A-A向剖视图；

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

本实施例所提供的一种中子准直器，如图1所示，包括中子准直器主体，以及用于固定主体的支架2。主体包括一真空箱体1，以及设置在真空箱体1内的挡块3。真空箱体1两侧设有用于中子流穿过的入口11及出口12。真空箱体1的内部设有挡块3，如图2所示，挡块3正对入口11及出口12的表面上设有不同截面的多个通孔30，通孔30沿水平方向排布(图2中示出的为截面圆形及方向的两个通孔30)，通孔30贯通真空箱体1的入口11、出口12，即真空箱体1的入口11、出口12与通孔30的中轴线重合，使得通孔30正对入口11时，部分中子束流可以穿过通孔30由出口12射出，从而得到不同截面的中子束流。挡块3的底部固定设有安装座4，真空箱体1内还设有可带动安装座4沿水平方向运动的传动组件，以及设用于驱动该传动组件运转的驱动装置。通过控制安装座4移动，从而带动挡块3移动。本实施例中的中子准直器还包括与真空箱体1内部电器元件及真空箱体1外部的驱动装置电连的控制装置。控制装置控制挡块3沿垂直于通孔3的水平方向移动，通过调整挡块3的位置，控制中子束流通过选定的通孔30，从而获得预期截面的中子束流。

如图2所示，挡块3为多个子挡块，每个子挡块采用不同的材质制备，其表面相同位置均设有对应的通孔30，子挡块沿着通孔30延伸方向依次叠放复合形成挡块3。本实施例中，子挡块包括前挡块31及后挡块32，前挡块31为铜挡块，后挡块32为铁挡块，前挡块31与后挡块32截面形状相同，二者沿着通孔30延伸方向的厚度比为3:7，本实施例中，前挡块31与后挡块32的厚度分别为0.3m及0.7m，铜和铁材料可以有效吸收和屏蔽不能穿过通孔30的多余中子，在准直中子束流的同时大大降低中子试验本底。在本申请其他实施例中，挡块3还可以包括两个以上的子挡块。

具体地，如图2-图4所示，传动组件为丝杠51及固定在安装座4底部中间位置的螺母52，驱动装置为电机6。丝杠51沿垂直于中子束流运行的方向设置，当丝杠51转动时，通过与之啮合的螺母52带动挡块3沿丝杠轴向移动，使得不同的通孔30经过入口11与出口12之间，从而获得不同截面的中子束流。电机6设置在真空箱体1的外侧，为确保电机6与丝杠51端部连接处不破坏真空箱体1的密闭性，本实施例中，在电机6与丝杠51端部之间还设置了磁流体密封传动装置7。磁流体密封传动装置7为现有技术，其利用磁流体介质在外加磁场的控制下，让转轴一周形成磁流体密封圈，从而使转轴在转动过程中，转轴与轴承座之间相对外界仍保持密封性。

如图1及图2所示，磁流体密封传动装置7设置在真空箱体1的外侧，其输出轴与丝杠51端部固定连接。具体地，真空箱体1设有一个连通其内外的轴套，该轴套位与真空箱体1密封连接(例如焊接)，其位于真空箱体1外侧一端与磁流体密封传动装置7的输出端均设有一连接法兰71，磁流体密封传动装置7通过法兰71固定在真空箱体1的侧壁上，同时起到密封真空的作用。-磁流体密封传动装置7的输出轴穿过轴套延伸至真空箱体1内部，并与丝杠51的端部通过联轴器8连接，输入轴设置在真空箱体1的外部，与电机6的输出轴连接。采用这样的设置，既能在真空箱体1的外部驱动丝杠51转动，有不会影响真空箱体1的密封性。

如图2所示，安装座4底部位于丝杠51的两侧(靠近入口11或出口12处)各装有两个滑块41。真空箱体1的底部10对应位置设有与滑块41相对应的导轨11，滑块41可以沿着导轨11移动，方向垂直于通孔30的延伸方向。当安装座4在丝杠51的牵引下移动时，滑块41在导轨11上沿着丝杠51进给方向滑动。

如图4所示，丝杠51两端均设有轴承510，为更好的解决真空辐射环境下的润滑问题，本实施例中，丝杠51与轴承510、螺母52之间均选用真空耐辐射润滑脂进行润滑；丝杠51及导轨11均选用304不锈钢制备。电机6采用可以远程精确控制的耐辐射步进电机。

为精准控制挡块3的位移，在真空箱体1内部还安装放气率低的LVDT位移传感器，精准的检测挡块3的位移，该LVDT位移传感器与设置于真空箱体1外部的控制装置电连或通讯连接，将挡块3的位移信息时时反馈给控制装置，以便对挡块的位移进行精调。挡块3运动的极限位置还设置限位开关，限位开关与电机6的控制电路连接，当挡块3触发限位开关后，控制装置自动控制电机6停止沿原运动方向的驱动动作。限位开关采用陶瓷材料，LVDT位移传感器采用抗辐射的材质制备。

如图1及图3所示，为使得真空箱体1具有一定的抗变形能力，真空箱体1的顶部采用拱起的圆弧形，并设置多处加强筋13。

本发明所给出的中子准直器，通过在挡块上设置多个不同截面尺寸的通孔，通过丝杠牵引挡块移动，即可实现精准控制挡块的位置，使得中子流通过不同截面的通孔，从而获得相应截面的中子束流。丝杠与驱动装置之间采用磁流体密封传动装置，既能实现与外部驱动装置的传动连接，又不破坏真空箱体的整体密封性；在挡块上设置LVDT位移传感器，时时将挡块的位置信息反馈给控制装置，实现挡块位置的精确控制，使得不同截面通孔切换快速且精确，极大地提升了工作效率。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。