粒子加速器中的真空室的真空烘烤系统及方法与流程

本发明涉及粒子加速器领域，具体涉及一种粒子加速器中的真空室的真空烘烤系统及方法。

背景技术：

在粒子加速器中，需要获得超高/极高的真空环境，以减少束流与残余气体碰撞造成的损失，提高束流寿命。在大气环境中，粒子加速器的真空室会吸附空气分子，在超高/极高真空获得过程中，真空内壁将气体分子缓慢释放出来。为了加快气体分子释放过程，需要通过烘烤加热系统将真空室加热至100～400℃，并保温40小时以上，并用分子泵、离子泵等真空泵及时将释放出的气体抽出。

常规的烘烤加热系统采用加热带进行加热，加热带一般为电阻丝加绝热层的结构，直接缠绕在真空室管道外侧，作为烘烤过程中的热源；并通过保温层来减小热量流失，减小加热带发热功率，同时避免高温对磁铁、束诊等元件的损害。

粒子加速器中，磁铁的孔径越大，造价越高；例如目前常用的加热带厚度需要2mm，保温层需要3mm，这样安装在真空室外的磁铁，其孔径需要额外留出10mm用于容纳加热带和保温层，这样明显增加了磁铁成本。由于磁铁孔径越大，所需的驱动电源功率也越大，因此加热带和保温层这样的传统结构也增加了磁铁电源系统的造价。另外，传统的方法中，缠绕在真空室上的相邻加热带之间会保留0.5～2cm的间隙，这样造成在烘烤过程中不同位置处的温度差异较大。

技术实现要素：

针对上述问题，为了节约造价，同时使加热更加均匀，本发明提供了一种粒子加速器中的真空室的真空烘烤系统，所述真空烘烤系统包括：

壳体，所述壳体为由不锈钢材料制成的筒状结构，在所述壳体的内部形成所述真空室；

保温层，所述保温层覆盖在所述壳体的外壁上；以及

电源，所述电源的两极电连接至所述壳体的两端，利用电流的热效应，将所述壳体加热到烘烤所需温度。

在一些实施例中，所述真空烘烤系统还包括：

温度传感器，设置于所述壳体的外壁，用于探测所述壳体的温度，所述温度传感器位于所述保温层的内侧；以及

烘烤控制单元，所述烘烤控制单元与所述温度传感器和所述电源电连接，所述烘烤控制单元用于接收所述温度传感器探测得到的温度信号，并根据所述温度信号控制所述电源的输出功率，以控制所述壳体的加热功率。

在一些实施例中，所述温度传感器的个数为至少一个，当所述温度传感器的个数为两个或两个以上时，所述温度传感器分别设置于所述壳体的不同位置。

在一些实施例中，在所述壳体的两端设置有法兰，所述法兰由不锈钢材料制成，所述电源通过导线电连接至所述法兰上。

在一些实施例中，所述壳体由304或316l不锈钢材料制成；所述保温层的材料为气凝胶毡。

本发明的另一方面提供了一种粒子加速器中的真空室的真空烘烤方法，所述方法包括：

由不锈钢材料制造形成所述真空室的筒状壳体；

在所述壳体的外壁上覆盖保温层；以及

将电源的两极电连接至所述壳体的两端，利用电流的热效应将所述壳体加热到烘烤所需温度。

在一些实施例中，在所述壳体的外壁上覆盖保温层前，在所述壳体的外壁上设置温度传感器，所述温度传感器用于探测所述壳体的温度，并将温度信号传输给烘烤控制单元；以及

所述烘烤控制单元根据温度探测器提供的温度信号，控制所述电源的输出功率，以控制对所述壳体的加热功率。

在一些实施例中，所述温度传感器的个数为至少一个，当所述温度传感器的个数为两个或两个以上时，所述温度传感器分别设置于所述壳体的不同位置。

在一些实施例中，在所述壳体的两端设置有法兰，所述法兰由不锈钢材料制成，将所述电源通过导线电连接至所述法兰上。

在一些实施例中，由304或316l不锈钢材料制造所述壳体；由气凝胶毡材料作为所述保温层。

基于上述技术方案可知，本发明至少取得了以下有益效果：

本发明通过将电流直接施加到由不锈钢材料制成的壳体的两端，利用电流的热效应对壳体进行加热，不再需要额外设置加热带；由于省去了加热带，粒子加速器中的磁铁的孔径可以更小，磁铁尺寸可以减小，磁铁造价由此降低；磁铁尺寸减小后，所需的用于驱动磁铁的电源功率也更小，电源造价相应地降低，经济效益显著；此外，壳体处处发热，厚度一致性好，发热均匀，避免了加热带存在间隙造成的发热不均匀的问题。

附图说明

图1为根据本发明的粒子加速器中的真空室的真空烘烤系统的示意图；

图2为图1中的真空室的横截面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明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在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

图1为本发明实施例中的粒子加速器中的真空室的真空烘烤系统的结构示意图。如图1所示，该真空烘烤系统包括壳体1、保温层2和电源3。该壳体1为由不锈钢材料制成的筒状结构，在壳体1的内部形成真空室；该保温层2覆盖在壳体1的外壁上；烘烤过程中，电源3的两极电连接至壳体1的两端，利用电流的热效应，将壳体1加热到烘烤所需温度。优选地，壳体1可由304或316l不锈钢材料制成；保温层2的材料可为气凝胶毡，也可以采用其他保温材料。由于不锈钢制成的壳体1的电阻较低，因此电源3的特点可以为低电压、大电流，电源3采用直流电源或交流电源均可。

本发明实施例中的真空烘烤系统通过将电流直接施加到不锈钢壳体1的两端，利用电流的热效应进行加热，不再需要额外设置加热带。并且壳体1的侧壁处处发热，厚度一致性好，发热均匀，避免了加热带存在间隙造成的发热不均匀的问题。由于省去了加热带，粒子加速器中的磁铁的孔径可以更小，磁铁尺寸可以减小，磁铁造价大大降低；磁铁尺寸减小后，所需的用于驱动磁铁的电源功率也更小，电源造价相应地也大幅降低。例如，采用传统的加热带烘烤的二极磁铁的气隙需要40mm，加热带厚度为2mm，上下加热带厚度共计4mm；而采用本申请中的方案，省去加热带后，气隙只需要36mm，相当于气隙减小10％，对应的磁铁造价降低约10％，电源造价降低约10％，经济效益显著。

优选地，该真空烘烤系统还可包括温度传感器4及烘烤控制单元5。温度传感器4用于探测壳体1的温度，如图1和图2所示，本实施例中，温度传感器4设置于壳体1的外壁，且位于保温层2的内侧。烘烤控制单元5与温度传感器4及电源3电连接。烘烤控制单元5用于接收温度传感器4探测得到的温度信号，并根据温度信号控制电源3的输出功率，以控制对壳体1的加热功率。

本发明实施例中，温度传感器4设置于保温层2的内侧，温度传感器的引线可从保温层2的端部引出，可在不影响保温层的保温效果的情况下，实现对壳体1的温度的探测；温度传感器4探测到壳体1的温度后，将温度信号实时传输给烘烤控制单元5；烘烤控制单元5根据温度探测器4提供的温度信号，控制电源3的输出功率，以控制对壳体1的加热功率，使真空室可以按照设定烘烤曲线进行升温、保温和降温。

优选地，温度传感器4的个数为至少一个，当具有两个或更多个温度传感器4时，两个或更多个温度传感器4可以分别设置于壳体1的不同位置，以测量壳体1的不同位置处的温度。当然，在此可以设置其他任何合适数量的温度传感器，并且可以设置在壳体1的任何合适的位置处，可根据真空室的长度以及需要的温度控制精度，在不同位置设置若干温度传感器。

更优选地，壳体1的两侧设置有法兰6，法兰6同样由不锈钢材料制成，烘烤过程中，电源3通过导线电连接至法兰6上。通过这样的设置，可使得在烘烤过程中，电源3与壳体1之间的电连接更加稳固，且法兰盘厚度较大，电阻较小，这样可使得真空管上的电流更加均匀。

参照图1，本发明另一方面提供了一种粒子加速器中的真空室的真空烘烤方法，该方法包括：

由不锈钢材料制造内部形成真空室的筒状壳体1；

在壳体1的外壁上覆盖保温层2；

将电源3的两极电连接至壳体1的两侧，利用电流的热效应将所述壳体1加热到烘烤所需温度。

优选地，由304或316l不锈钢材料制造筒状壳体1；由气凝胶毡材料作为保温层2，也可以采用其他保温材料。

优选地，在壳体1的外壁上覆盖保温层2前，先在壳体1的外壁上设置温度传感器4，温度传感器4可以贴在壳体1的外壁上，用于探测壳体1的温度，并将温度信号传输给烘烤控制单元5；烘烤控制单元5根据温度传感器4提供的温度信号，控制电源3的输出功率，以控制对壳体1的加热功率。

优选地，温度传感器4的个数为至少一个，当具有两个或更多个温度传感器4时，两个或更多个温度传感器4分别设置于壳体1的不同位置。

优选地，在壳体1的两端设置有法兰6，法兰6由不锈钢材料制成，烘烤过程中，将电源3通过导线电连接至法兰6上。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。