一种准直圆孔大小可改变的粒子加速器水冷束流准直器的制作方法

本实用新型属于粒子加速器技术领域。尤其涉及一种准直圆孔大小可改变的粒子加速器束流准直器。

背景技术：

质子和重离子加速器束流线上经常用到束流准直器，束流准直器的作用一般是卡掉一定区域外的束流，该区域一般为圆形，即准直器一般采用圆孔准直器，准直器内设有与束流同轴的圆孔，加速器束流可从圆孔内通过，处于圆孔区域外的束流被准直器挡掉。

现有圆孔束流准直器按功率划分，可分为低功率束流准直器和高功率束流准直器两种，一般为无水冷的束流准直器和有水冷的束流准直器。对于能承受束流功率较高的有水冷的圆孔束流准直器，一般开孔大小不能改变，即固定开孔大小的束流准直器。

所述固定开孔大小的束流准直器用于束流线上靶的前面。束流线为束流从加速器出来后到达打靶终端之前所经过的路线，该路线上一般布置有很多元件设备。实际应用中，不同的靶、不同的实验对应于准直孔大小要求是不一样的，有的要求直径10毫米，有的要求5毫米，根据多个靶对应多个束流孔径的需求，现有技术一般采用两种方法，第一种应用方法：设置多个靶厅、每个靶厅对应一种孔径的准直器、然后将加速器引出的束流通过开关磁铁的分时分配的方法分到各个靶厅的实验终端，每次只用一个终端，如果当前终端打靶，其它终端做打靶前准备或打靶后的处理；第二种应用方法，同一个打靶大厅装多个不同的靶站或实验终端，通过开关磁铁将束流在不同靶站或实验终端之间切换，同样也是每个靶站对应一种孔径的准直器，每次只能选择使用其中一个靶站或实验终端。以上情况，如果使用者需要10毫米的准直孔径，只能进入10毫米准直器孔径的靶厅、而不能进入5毫米的靶厅；如果使用者需要进行多个实验，就要进入不同的靶厅、或者在一个大厅里选择不同的靶站，以满足多个实验的需求。现有技术之所以每个靶站或实验终端只能对应一个准直器直径的靶，是因为更换一次准直器很麻烦、而且由于准直器残余剂量比较大，也就是核辐射比较大，所以，一般没有人愿意更换准直器。

为了解决方便更换准直器问题，现有技术曾设计并采用一种准直器连续可调的孔，该孔由多个圆弧片拼接成一个圆孔、多个圆弧片随时可动、实现准直器孔的连续可调，但这种结构准直器不能加水冷装置，由于不能加水冷，只能承受微弱的功率。而现有技术对于大功率采用水冷装置的准直器无法改变圆孔大小。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的问题，提出一种准直圆孔大小可改变的粒子加速器水冷束流准直器，目的在于解决现有技术粒子加速器水冷圆孔束流准直器无法改变准直圆孔大小的问题。

本实用新型为解决其技术问题采用以下技术方案。

一种准直圆孔大小可改变的粒子加速器水冷束流准直器，其特征在于：包括水冷多孔准直板组焊件、直线驱动机构、真空波纹管组件、准直器真空室；所述水冷多孔准直板组焊件包括多孔准直板，该多孔准直板表面开有多个直径大小不同的圆孔，所有圆孔垂直于多孔准直板表面且中心沿竖直方向排成一条直线，该多孔准直板悬挂在准直器真空室入口和出口两个端面中间、并与两个端面相互平行；所述直线驱动机构用于带动水冷多孔准直板组焊件上下移动、且根据不同应用需求，将多孔准直板大小不同的孔分别对准准直器真空室的入口孔和出口孔；所述真空波纹管组件上端连接直线驱动机构且可上下移动、下端连接准直器真空室且不可移动。

所述多孔准直板表面多个相邻圆孔间有适当的间隔，圆孔在同一平面设有倒角，束流从有倒角侧进入准直圆孔，倒角可增大打在圆孔外的束流功率分布面积；上述圆孔作为该准直器的准直圆孔，每个圆孔作为该准直器的一个工作工位，加速器束流垂直于多孔准直板表面且束流中心与工作的准直圆孔中心重合，因圆孔直径不同，且相邻圆孔间有适当的间隔，故该准直器的准直圆孔直径可以改变。

所述多孔准直板表面开槽，槽内焊接冷却铜管，冷却铜管内通冷却水对多孔准直板进行冷却；没有通过准直圆孔而打在多孔准直板上的加速器束流，这部分损失的束流功率使多孔准直板发热，上述冷却水可将这部分发热功率带走，使得该准直器能承受较大束流功率损失，能对较大功率的质子或重离子束流进行准直。

所述直线驱动机构包括：驱动板、驱动电机、梯形丝杆、梯形丝母、滑块和导轨、直线电位器、行程开关、滑动板；该驱动电机采用带有制动功能的步进电机，驱动电机通过联轴器带动所述梯形丝杆转动；该梯形丝母套在梯形丝杆上，并通过螺钉与所述滑动板固定连接；滑动板两侧与所述滑块通过螺钉固定连接，滑块和导轨通过螺钉与其背面板固定连接；所述驱动板通过螺钉与滑动板固定连接；此结构中驱动电机带动梯形丝杆转动，梯形丝杆带动梯形丝母上下移动，梯形丝母带动滑动板上下移动，滑动板带动驱动板上下移动，从而实现了驱动电机转动带动驱动板上下移动；所述直线电位器用于标定、记录和反馈上述可上下移动零件的位置；所述行程开关用于上述可上下移动零件行程两端极限位置的限定与连锁。

所述真空波纹管组件包括真空波纹管、橡胶密封圈、连接环、过渡压紧环；所述真空波纹管中间部分为焊接式波纹管，可实现轴向尺寸在一定范围内的压缩和拉伸，真空波纹管上下两端焊有法兰，该上法兰紧贴所述过渡压紧环下表面、下法兰紧贴所述准直真空室上表面，上法兰可动、下法兰不可动；所述过渡压紧环与连接环用于与所述水冷多孔准直板组焊件进行固接，该过渡压紧环向上通过螺钉与所述驱动板相连接、向下通过螺钉与真空波纹管上法兰固定连接。

所述下法兰下面设有密封槽，内装密封圈可实现真空密封；上法兰内孔上沿设有倒角，该倒角表面作为真空密封面，倒角内放置所述橡胶密封圈以实现真空密封，该橡胶密封圈内径将水冷多孔准直板组焊件中的真空密封套外圆面抱紧以实现真空密封；所述连接环内孔设有内螺纹，可拧入水冷多孔准直板组焊件中的真空密封套上部外螺纹；所述过渡压紧环将连接环压在中间，该压力可通过连接环将橡胶密封圈压紧，橡胶密封圈被压紧在周边三件形成的三角槽内并起到真空密封作用。

所述准直器真空室主要包括：真空室盖板、真空室主体、o形橡胶密封圈等零件；所述真空室盖板上面开有圆孔，用于插入水冷多孔准直板组焊件；真空室盖板上面设有用于真空波纹管组件及直线驱动机构连接固定的螺纹孔接口，真空室盖板四周设有一圈沉头螺钉孔；所述真空室主体外形为长方形，内部为空腔，上部敞开，上表面开有密封槽，密封槽外面设有一圈螺纹孔，真空室主体前面和后面设有同心孔，孔周围设有一圈螺纹孔；所述真空室盖板通过螺钉连接固定在所述真空室主体上部，真空室主体上表面密封槽内放入所述o形橡胶密封圈，o形橡胶密封圈起到真空室盖板和真空室主体间的真空密封作用；真空室主体前面和后面的同心孔及孔周围螺纹孔用于连接相邻设备。

通过改变所述多孔准直板表面圆孔的开孔直径大小、开孔数量、开孔间距，可以满足不同的束流准直需求，此时相关设备如零件长度、行程、波纹管压缩量、真空室内高度等尺寸结构需随之改变。

本实用新型的优点效果

1、本实用新型通过将水冷多孔准直板组焊件、直线驱动机构、真空波纹管组件、准直器真空室进行有机结合，实现了带水冷的多规格多孔可切换的准直器，用一个准直器代替多个准直器，不仅有效降低了成本，也满足了大功率多规格准直器快速切换的需求。

2、本实用新型解决了长期以来本领域人工拆卸准直器会造成核辐射污染的疑难问题：将多规格准直器切换完全控制在真空条件下进行，短时间内即可方便快捷切换，不需要破坏真空及破坏真空后的再次抽真空，远程操作切换避免了人员现场拆卸更换准直器造成人员接受核辐射问题，保证了人体健康。

附图说明

图1本实用新型的粒子加速器束流准直器结构示意图a。

图2本实用新型的粒子加速器束流准直器结构示意图b。

图3本实用新型的粒子加速器束流准直器爆炸结构示意图。

图4本实用新型的粒子加速器束流准直器结构示意图c。

图5本实用新型的粒子加速器束流准直器中的水冷多孔准直板组焊件结构示意图。

图6本实用新型的粒子加速器束流准直器中的多孔准直板结构示意图。

图7本实用新型的粒子加速器束流准直器中的直线驱动机构结构示意图。

图8本实用新型的粒子加速器束流准直器中的真空波纹管组件结构示意图。

图9本实用新型的粒子加速器束流准直器中的准直器真空室结构示意图。

图10本实用新型的粒子加速器束流准直器中的准直器真空室爆炸结构示意图。

附图标记：1.水冷多孔准直板组焊件，2.直线驱动机构，3.真空波纹管组件，4.准直器真空室，101.多孔准直板，102.冷却铜管，103.推动管，104.真空密封套，105.真空密封堵板，201.驱动板，202.驱动电机，203.梯形丝杆，204.梯形丝母，205.滑块和导轨，206.直线电位器，207.行程开关，208.滑动板，301.真空波纹管，302.橡胶密封圈，303.连接环，304.过渡压紧环，305.上法兰；306.下法兰；307.密封圈；308.倒角；

401.真空室盖板，402.真空室主体，403.o形橡胶密封圈，404.连接固定螺纹孔，405.沉头螺钉孔，406.螺纹孔，407-408：同心孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

本实用新型设计原理

1、电机带动驱动板上下移动的原理。电机通过联轴器带动梯形丝杆转动、该梯形丝母套在梯形丝杆上、并通过螺钉与所述滑动板固定连接、滑动板通过螺钉与驱动板连接，进而实现电机带动驱动板上下移动。

2、电机带动波纹管的上法兰、水冷多孔准直板组焊件一起上下移动的原理。驱动板通过螺钉向下连接波纹管的过渡压紧环，过渡压紧环向上连接驱动板、向下连接波纹管的上法兰、内部压紧连接环，真空密封套上部螺纹拧入连接环的内螺纹使真空密封套与连接环接成一体，从而实现电机带动波纹管上法兰、水冷多孔准直板组焊件一起进行上下移动。

3、本实用新型切换准直器不同规格圆孔的原理。直线电位器实时向后台控制装置反馈水冷多孔准直板组焊件的当前位置，后台控制装置根据位置情况发命令给电机；当需要切换到下一个规格的圆孔前，从当前圆孔中心点到下一个规格圆孔中心点之间的时间范围，后台控制器向加速器总控发送信息，加速器总控收到信息后发命令，在这段时间内停止供束；当加速器总控发送进入下一个规格圆孔命令时，后台控制装置接收到命令，启动电机带动多孔准直板组焊件到达下一个规格圆孔中心点，并根据直线电位器反馈的信息判断是否到达目标点，到达目标以后，后台控制装置继续反馈信息给加速器总控，加速器总控控制加速器在这个时间点开始供束。

一种准直圆孔大小可改变的粒子加速器水冷束流准直器如图3所示，包括水冷多孔准直板组焊件1、直线驱动机构2、真空波纹管组件3、准直器真空室4；如图5所示，所述水冷多孔准直板组焊件包括多孔准直板101，该多孔准直板101表面开有多个直径大小不同的圆孔，所有圆孔垂直于多孔准直板表面且中心沿竖直方向排成一条直线，如图3所示，该多孔准直板悬挂在准直器真空室入口和出口两个端面中间、并与两个端面相互平行；所述直线驱动机构2用于带动水冷多孔准直板组焊件上下移动、且根据不同应用需求，将多孔准直板大小不同的孔分别对准准直器真空室的入口孔和出口孔；所述真空波纹管组件3上端连接直线驱动机构2且可上下移动、下端连接准直器真空室4且不可移动。

如图5所示，所述多孔准直板101表面多个相邻圆孔间有适当的间隔，圆孔在同一平面设有倒角，束流从有倒角侧进入准直圆孔，倒角可增大打在圆孔外的束流功率分布面积；上述圆孔作为该准直器的准直圆孔，每个圆孔作为该准直器的一个工作工位，加速器束流垂直于多孔准直板表面且束流中心与工作的准直圆孔中心重合，因圆孔直径不同，且相邻圆孔间有适当的间隔，故该准直器的准直圆孔直径可以改变。

如图5所示，所述多孔准直板表面开槽，槽内焊接冷却铜管，冷却铜管内通冷却水对多孔准直板进行冷却；没有通过准直圆孔而打在多孔准直板上的加速器束流，这部分损失的束流功率使多孔准直板发热，上述冷却水可将这部分发热功率带走，使得该准直器能承受较大束流功率损失，能对较大功率的质子或重离子束流进行准直。

如图7所示，所述直线驱动机构包括：驱动板201、驱动电机202、梯形丝杆203、梯形丝母204、滑块和导轨205、直线电位器206、行程开关207、滑动板208；该驱动电机202采用带有制动功能的步进电机，驱动电机通过联轴器带动所述梯形丝杆203转动；该梯形丝母204套在梯形丝杆上，并通过螺钉与所述滑动板固定连接；滑动板208两侧与所述滑块205通过螺钉固定连接，滑块和导轨通过螺钉与其背面板固定连接；所述驱动板201通过螺钉与滑动板固定连接；此结构中驱动电机202带动梯形丝杆203转动，梯形丝杆203带动梯形丝母204上下移动，梯形丝母204带动滑动板208上下移动，滑动板208带动驱动板201上下移动，从而实现了驱动电机转动带动驱动板上下移动；所述直线电位器用于标定、记录和反馈上述可上下移动零件的位置；所述行程开关用于上述可上下移动零件行程两端极限位置的限定与连锁。

如图8、图9所示，所述真空波纹管组件3包括真空波纹管301、橡胶密封圈302、连接环303、过渡压紧环304；所述真空波纹管中间部分为焊接式波纹管301，可实现轴向尺寸在一定范围内的压缩和拉伸，真空波纹管上下两端焊有法兰，该上法兰305紧贴所述过渡压紧环304的下表面、下法兰306紧贴所述准直真空室4的上表面，上法兰305可动、下法兰306不可动；如图5、图8所示，所述过渡压紧环304内部压紧连接环303，真空密封套104上部螺纹拧入连接环303的内螺纹使二者固接成一体，真空密封套104上下沿分别与推动管103焊接，这样就实现了真空波纹管上法兰305与水冷多孔准直板组焊件1的固接；过渡压紧环304向上通过螺钉与所述驱动板201相连接、向下通过螺钉与真空波纹管上法兰305固定连接。

如图8所示，所述下法兰306下面设有密封槽，内装密封圈307可实现真空密封；上法兰内孔上沿设有倒角308，该倒角308表面作为真空密封面，倒角308内放置所述橡胶密封圈302以实现真空密封，该橡胶密封圈302内径将水冷多孔准直板组焊件1中的真空密封套104外圆面抱紧以实现真空密封；所述连接环303内孔设有内螺纹，可拧入水冷多孔准直板组焊件中的真空密封套104上部外螺纹；所述过渡压紧环304将连接环303压在中间，该压力可通过连接环303将橡胶密封圈302压紧，橡胶密封圈302被压紧在周边三件形成的三角槽内并起到真空密封作用。

如图9、图10所示，所述准直器真空室包括：真空室盖板401、真空室主体402、o形橡胶密封圈403；所述真空室盖板上面开有圆孔，用于插入水冷多孔准直板组焊件；真空室盖板401上面设有用于连接真空波纹管组件的固定螺纹孔404，真空室盖板401四周设有一圈沉头螺钉孔405；所述真空室主体外形为长方形，内部为空腔，上部敞开，上表面开有密封槽，密封槽外面设有一圈螺纹孔406，真空室主体前面和后面设有同心孔(407、408)，孔周围设有一圈螺纹孔；所述真空室盖板401通过螺钉连接固定在所述真空室主体上部，真空室主体402上表面密封槽内放入所述o形橡胶密封圈403，o形橡胶密封圈403起到真空室盖板401和真空室主体402间的真空密封作用；真空室主体402前面和后面的同心孔(407、408)及孔周围螺纹孔用于连接相邻设备。

通过改变所述多孔准直板1表面圆孔的开孔直径大小、开孔数量、开孔间距，可以满足不同的束流准直需求，此时相关设备如零件长度、行程、波纹管压缩量、真空室内高度等尺寸结构需随之改变。

实施例

采用本实用新型的粒子加速器束流准直器(如图1、2、3、4所示)，可作为中等功率质子或重离子加速器束流准直器。该准直器可将准直圆孔之外的束流挡掉，同时在不破坏真空的条件下进行远程操作即可方便快捷地实现切换与改变准直圆孔大小，以满足不同的束流供应需求。其功能实现主要过程如下：

(一)如图1、2、3、5、6、10所示，多孔准直板101表面多个圆孔中的一个圆孔的中心，与真空室主体402前后面开孔中心轴线重合。粒子加速器束流沿真空室主体402前面开孔中心轴线方向进入该准直器，在准直器内垂直于多孔准直板101表面通过其上某个准直圆孔，该准直圆孔之外的束流被挡掉，准直圆孔之内的束流可通过，之后束流通过真空室主体402后面开孔从该准直器出去。

(二)如图1、5、6所示，打在多孔准直板101准直圆孔之外的束流被挡掉，因束流具有一定能量，故损失的束流功率以发热形式损失在多孔准直板101上。冷却铜管102内通有冷却水，冷却铜管102通过银钎焊焊在多孔准直板101表面开槽内，二者热交换条件良好。故冷却水可将上述损失束流功率带走，实现多孔准直板101的冷却，使得该准直器能够承受较高的束流损失功率。

(三)如图1、2、3、4、5、7、8所示，驱动电机202带动梯形丝杆203转动，梯形丝杆带动梯形丝母204上下移动，梯形丝母带动滑动板208上下移动，滑动板带动驱动板201上下移动，从而实现了通过驱动电机202输出轴转动带动驱动板201上下移动。驱动板201通过螺钉与过渡压紧环304固定连接，过渡压紧环通过螺钉与真空波纹管301上法兰及连接环303固定连接，连接环303通过内螺纹与真空密封套104连接，且真空密封套104同时被橡胶密封圈302抱紧。故驱动板201带动水冷多孔准直板组焊件1上下移动，多孔准直板101上下移动，实现多孔准直板101上不同圆孔位置的改变，即实现准直圆孔大小的改变和切换。直线电位器206用于标定、记录和反馈准直圆孔的位置，即哪个圆孔处于准直工作位置。行程开关207用于可上下移动零件行程两端极限位置的限定与连锁。

(四)如图1、2、3、4、5、8、9、10所示，过渡压紧环304通过螺钉将真空波纹管301上法兰拉紧，同时使连接环303将橡胶密封圈302压紧在真空波纹管301上法兰内孔上部倒角、真空密封套104外圆面及连接环303下表面之间形成的三角槽内，从而实现该处可拆卸结构的真空密封。真空波纹管301下表面真空密封槽内装有密封圈，通过螺钉压紧在真空室盖板401上表面，实现该处可拆卸结构的真空密封。真空室主体402上面开有密封槽，内部装有o形橡胶密封圈403，真空室盖板401通过螺钉将o形橡胶密封圈压紧，实现该处可拆卸结构的真空密封。真空室主体402前后面设有与相邻设备连接接口，可实现该处可拆卸结构的真空密封。驱动电机202通过驱动板201带动真空波纹管301上法兰上下移动，而真空波纹管301下法兰通过螺钉固定连接在真空室盖板401上表面，这样就实现了真空波纹管301的拉伸与压缩，使得准直圆孔位置切换时该准直器内部保持真空状态。上述结构使得该准直器运行和圆孔切换时其内部处于束流能顺利通过的真空状态。

(五)如图1、2、5、6、7、8、9、10所示，通过改变多孔准直板101表面圆孔的开孔直径大小、开孔数量、开孔间距，可以满足不同的束流准直需求，此时相关设备如零件长度、行程、波纹管压缩量、真空室内高度等尺寸结构需随之改变。

需要强调的是，本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。