一种用于回旋加速器真空内的自动换靶装置和方法与流程

1.本发明涉及回旋加速器剥离靶技术领域，尤其涉及一种用于回旋加速器真空内的自动换靶装置和方法。


背景技术：

2.在回旋加速器中，加速粒子可以采用剥离引出的方式，粒子被加速到指定能量后，在指定位置通过剥离膜，剥离掉一定的电荷后转换成与原粒子反电位的粒子，粒子束将沿着引出轨道被引出，因此剥离膜是否能够在剥离点保持正常的工作工况是能否剥离引出束流的关键，也是加速器能否达到设计和使用性能的关键点之一。由于剥离膜在剥离电荷时会产生一定的能量沉积，对剥离膜造成损害，因此剥离膜在工作一段时间之后容易产生破损，需要更换剥离膜。
3.现有技术更换剥离膜的方法是：一旦发现剥离膜坏了，只能停机，把真空放掉，再将真空内打开，取出剥离靶，将剥离靶上坏的剥离膜去掉再换上新的。该方法最大的问题是：如果回旋加速器正在出束工作时因为剥离膜坏了而停机，辐射剂量非常大，人工当时不可能更换，需要停机1到2天才能更换，这种情况就无法使用了。
4.为了解决自动更换剥离膜的问题，专利号：201810726365.0、专利名称：一种回旋加速器所用的旋转式换靶机构，该方案存在的问题是，其记载的只是一个存储靶片的可旋转的圆盘结构，其解决的问题如其所述：“本发明所提供的用于回旋加速器的剥离引出旋转式换靶机构的精确定位方案，与传统的定位方式相比较，定位准确性大大提高”，可见，其解决的只是靶盘自身的定位精度问题，而非一套换靶过程的完整结构，换靶过程包括“装靶”和“去靶”，两个过程加一起才是一个完整的过程。例如，第一、该专利没有记载剥离靶的结构，只是记载了靶盘的机构，而没有剥离靶的结构，则“装靶”过程都无法实现；第二，该专利没有记载“去靶”的结构。可旋转的圆盘结构上设有10多个备用的待更换的靶片，当前一个剥离膜坏了，只有将当前剥离靶上坏的剥离膜去掉，才能换上新的剥离膜，而该技术方案中完全没有提及“去靶”的结构。因此，该专利只是一个保存靶片的结构以及靶盘自身定位精准的结构而非换靶结构。专利号：201810682653.0、专利名称：加速器的剥离靶运动控制系统及其控制方法，该方案存在的问题是：第一、只是记载了转盘或剥离靶的电器结构而没有记载机械结构，例如，只是记载了剥离靶的驱动装置如何驱动电机带动剥离靶、而没有记载当常规剥离靶用于实现自动换靶时的特殊结构，也就是没有记载剥离靶的靶头为怎样的结构时才能把剥离靶转盘上的存留的靶片提取出来并安装到靶头上。第二、只是记载了装靶的控制，而没有记载去靶的控制过程，当一个剥离靶的靶头上残留了损坏的靶片时，只有将当前靶头上被损坏的靶片“拿下”，才能把新的靶片装上去，由于整个换靶过程是全自动的，当控制系统缺失“去靶”过程控制时，就会影响下一次的“装靶”过程，因此，去靶过程的控制和装靶过程的控制是相互依存、相辅相成的。因此，该“加速器的剥离靶运动控制系统及其控制方法”不能解决回旋加速器真空内内的自动换靶问题。
5.综上，第一篇专利(专利号：201810726365.0、专利名称：一种回旋加速器所用的旋
转式换靶机构)缺少关于剥离靶结构、以及去靶结构的记载，只是记载了用于存储靶片的可旋转靶盘的结构，由于三缺二，因此不是一个完整的全自动换靶结构；第二篇专利(专利号：201810682653.0、专利名称：加速器的剥离靶运动控制系统及其控制方法)的控制系统和控制方法只是记载了电器结构，而没有记载机械结构，而能够完成自动换靶必须是机械结构加上电器结构，而第二篇专利缺失的机械结构，如剥离靶的结构和去靶结构在第一篇专利也丝毫没有记载，因此，现有技术的二篇专利均不能解决自动换靶的问题。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术存在的问题，提出一种用于回旋加速器真空内的自动换靶装置和方法，目的在于解决现有技术没有一个完整的自动换靶的机械结构和控制系统、控制方法的问题。
7.本发明为解决其技术问题，采用以下技术方案：
8.一种用于回旋加速器真空内的自动换靶装置，如图1-1、1-2、1-3、2-1、2-2所示，其特点是：该自动换靶装置包括：布设在回旋加速器真空内内的靶盘主体1-1、布设在该靶盘主体上的去靶结构1-3、用于沿着靶盘主体的靶盘开口1-5伸进回旋加速器做剥离电荷伸缩运动的靶杆2、安装在靶杆2头部的靶片3、以及相应的控制机构；所述靶盘主体1-1为可旋转的靶盘主体1-1，该可旋转的靶盘主体1-1的侧端面上均匀布设有用于存放靶片3的靶盘靶仓1-2；所述控制机构控制该靶盘主体1-1、靶杆2、去靶机构1-3三者配合、并且作相对运动，完成自动装靶和自动去靶，从而实现自动换靶。
9.所述靶杆2设有靶杆2头部的夹持装置2-1、以及靶杆杆部2-2；所述靶杆头部夹持装置2-1包括调整螺母2-1-1、叉头2-1-2；护侧2-1-3、顶片2-1-4、弹簧2-1-5、顶珠2-1-6；所述调整螺母2-1-1用于调整弹簧2-1-5对于顶珠2-1-6的压力，所述叉头2-1-2用于夹持靶片3尾部的上下两面，所述护侧2-1-3用于夹持靶片3尾部的左右两侧；所述调整螺母2-1-1的安装角度与去靶结构1-3开口方向平行、且安装在靶头2的与去靶结构1-3开口方向同侧的位置上。
10.所述靶片3设有靶架3-1、剥离膜3-2、定位孔3-3、靶片尾部3-4，所述的定位孔3-3布设在靶片的尾部，定位孔3-3的形状和尺寸与靶杆顶珠2-1-6相配合，当靶片3尾部插入靶杆的叉头2-1-2和护侧2-1-3中时，靶杆的顶珠2-1-6在弹簧的压力下压入到靶片的定位孔3-3中，从而完成靶片对于靶杆的定位。
11.所述靶盘靶仓1-2设有调整螺母1-2-1、弹簧1-2-2；顶块1-2-3、顶珠1-2-4；该调整螺母1-2-1外圆周面设有外螺纹，可以旋入靶盘主体1-1对应的螺纹孔，该压紧弹簧1-2-2通过顶块1-2-3，将顶珠1-2-4压住靶片3的侧面，从而将靶片3轻轻压在靶盘的靶仓里，避免靶片3在靶盘转动时在靶仓1-2内晃动。
12.所述去靶机构1-3布设在靶盘开口1-5的一侧，该去靶机构1-3设有半圆形开口，该半圆形开口的方向与去靶时靶盘主体1-1旋转方向一致、该半圆形开口的尺寸与所述靶杆头部夹持机构2-1的尺寸相配合。
13.一种回旋加速器真空内的自动换靶方法，其特点是：该自动换靶方法包括以下步骤：
14.步骤一、装靶时，控制机构控制靶盘主体主体1-1和靶杆2各自转动到装靶时相互
配合的工位，从而完成装靶过程；
15.步骤二、去靶时，控制机构控制靶盘主体主体1和靶杆2各自转动到去靶时相互配合的工位，从而完成去靶过程。
16.所述步骤一的装靶过程，具体如下：
17.1)控制机构控制靶盘主体1-1沿着其靶盘轴孔1-4的位置转动，使得靶盘主体1-1当前靶盘靶仓1-2的位置正对靶杆前端的夹持机构2-1的开口；
18.2)控制机构控制靶杆2向靶盘主体1-1运动，使得靶杆2前端的夹持机构2-1顶住并锁住当前靶盘靶仓1-2上靶片尾部的靶柄；
19.3)控制机构控制靶杆2往回运动、带动当前靶片3尾部的靶柄，将该把柄对应的靶片3取出，从而实现了将靶片3安装到靶杆1上，完成了装靶的过程。
20.所述步骤二的去靶过程，具体如下：
21.1)控制机构控制靶盘主体1-1转动、使得靶盘主体1-1上的去靶结构1-3进入去靶工位；
22.2)控制机构将装有靶片3的靶杆2运动到去靶预备位置；
23.3)控制机构控制去靶机构1-3从去靶工位上继续转动，转动到能够锁定靶杆前端夹持机构2-1的位置；
24.4)控制机构控制靶杆2向后运动，去靶结构1-3将靶片3从靶杆头部夹持机构2-1卡出。
25.本发明的优点效果
26.本发明所提供的技术方案，只需要增加一个运动副，即靶盘转动，再配以靶杆、去靶装置、以及控制系统，就可以实现剥离靶的在线换靶，设备的复杂程度低，易于实现。换靶全过程都在真空内全自动进行。由于靶盘上存留多个靶片，足够维持全年的更换次数，所以，可以在年底设备检修时一次性在靶盘上更换新的靶片，而无须因靶片损坏中途停机几天、将辐射散掉才能换靶，严重影响设备使用的问题。
附图说明
27.图1-1靶盘外形图；
28.图1-2靶盘靶仓结构图；
29.图1-3靶片结构图；
30.图2-1靶杆外形图；
31.图2-2靶头部分结构外形图；
32.图2-3靶头部分结构剖视图；
33.图3为本发明换靶过程-初始外形图；
34.图中，靶杆与靶盘都处于初始位置；
35.图4为本发明换靶过程-对准靶片；
36.图5为本发明换靶过程-压住靶盘；
37.图6为本发明换靶过程-拔出靶片；
38.图7为本发明自动换靶装置-转到工作位置；
39.图8为本发明自动换靶装置-到达工作位置；
40.图9为本发明去靶过程-到达去靶位置；
41.图10为本发明去靶过程-准备去靶；
42.图11为本发明去靶过程-去除靶片；
43.图中，1：靶盘；2：靶杆；3：靶片；
44.1-1：靶盘主体；1-2：靶盘靶仓；1-2-1：调整螺母；1-2-2：弹簧；1-2-3：顶块；1-2-4：顶珠；1-2-5：条状靶槽；1-3：去靶结构；1-4：靶盘轴孔；1-5：靶盘开口；
45.2-1：靶杆头部夹持机构；2-2：靶杆杆部；2-1-1：调整螺母2-1-2：叉头；2-1-3：护侧；2-1-4：顶片；2-1-5：弹簧；2-1-6：顶珠；
46.3：靶片；3-1：靶架；3-2：剥离膜；3-3：定位孔；3-4：靶片尾部；
具体实施方式
47.本发明设计原理
48.本发明设计难点：发明的设计难点在于采用一种最简单、最精巧的方法实现全自动换靶，区别于常规的自动化方法。换靶方法有很多，很多方法都能够实现全自动换靶，但不一定是最简单的、也不一定是最精巧的。本发明在两个方面充分体现了简单、精巧、实用的设计思路：
49.第一、取靶过程的精巧设计：
50.取靶过程，靶头弹簧2-1-5对于顶珠2-1-6的压力要大于靶仓弹簧1-2-2对于顶珠1-2-4的压力，这样，靶杆2从靶盘靶仓1-2取出靶片3时才能够将靶片3取出，否则，当靶杆2夹持靶片3的并向后运动时，由于靶杆2的顶珠对于靶片3的摩擦力小于靶盘靶仓对于顶珠1-2-4的摩擦力，靶片3就会从靶头2上脱落掉。本实施例设计结构，体现在靶片3尾部设有凹陷的定位孔，顶珠2-1-6压入到定位孔中，增加了摩擦力，而靶盘靶仓1-2和顶珠1-2-4接触的是靶片3的靶架3-1的平面、通过顶珠1-2-4对于靶架3-1平面的压力达到将靶片3轻轻压在靶盘的靶仓里，避免靶片3在靶盘转动时在靶仓1-2内晃动。由于前者的顶珠接触的是凹陷的定位孔，后者的顶珠接触的是平面，从而实现靶头弹簧2-1-5对于顶珠2-1-6的压力要大于靶仓弹簧1-2-2对于顶珠1-2-4的压力。
51.第二、去靶结构1-3安装角度的精巧设计：去靶结构1-3一旦安装完毕其位置就是固定的，并且，靶杆2从始至终只能做直线伸缩运动而不能做靶杆的转动，在去靶过程中，仅仅依靠靶盘旋转角度还不能保证将角度位置固定的去靶结构1-3在达到预定工位时将角度位置固定的靶头夹持机构2-1夹住，还需要去靶结构1-3的安装角度与靶盘1-1的旋转角度相配合，具体为：当去靶结构1-3非工作状态下，其在靶盘开口1-5一侧的安装角度要尽量不占用靶盘开口1-5的空间、但是又不能完全避开靶盘开口1-5的空间，其靶盘开口1-5的安装角度要满足：当去靶结构1-3到达“去靶”的预定工位时，其开口与夹持机构2-1的接触面积为最大面积，也就是去靶结构1-3到达靶头夹持机构的工位时，其开口方向与地面平行。
52.第三、调试方法简单。靶杆头部的顶珠2-1-6和靶仓上的顶珠1-2-4这这两个顶珠受到的力必须精确配合才能保证靶杆从靶仓上将靶片取出来。但是调试这两个力的方法去很简单：设计结构为：在靶杆夹持机构2-1和靶盘靶舱1-2均设置了用于调整力的调整螺母2-1-1、以及调整螺母1-2-1，调节时可以在大气环境下预先调整好，调整方法也非常简单。
53.基于以上发明原理，本发明设计了一种用于回旋加速器真空内的自动换靶装置。
54.一种用于回旋加速器真空内的自动换靶装置，如图1-1、1-2、1-3、2-1、2-2所示，其特点是：该自动换靶装置包括：布设在回旋加速器真空内内的靶盘主体1-1、布设在该靶盘主体上的去靶结构1-3、用于沿着靶盘主体的靶盘开口1-5伸进回旋加速器做剥离电荷伸缩运动的靶杆2、安装在靶杆2头部的靶片3、以及相应的控制机构；所述靶盘主体1-1为可旋转的靶盘主体1-1，该可旋转的靶盘主体1-1的侧端面上均匀布设有用于存放靶片3的靶盘靶仓1-2；所述控制机构控制该靶盘主体1-1、靶杆2、去靶机构1-3三者配合、并且作相对运动，完成自动装靶和自动去靶，从而实现自动换靶。
55.补充说明：
56.本发明控制机构包括驱动装置、采集装置、以及控制装置，这三部分内容与专利号：201810682653.0、专利名称：加速器的剥离靶运动控制系统及其控制方法相同的部分，不在此赘述。
57.所述靶杆2设有靶杆2头部的夹持装置2-1、以及靶杆杆部2-2；所述靶杆头部夹持装置2-1包括调整螺母2-1-1、叉头2-1-2；护侧2-1-3、顶片2-1-4、弹簧2-1-5、顶珠2-1-6；所述调整螺母2-1-1用于调整弹簧2-1-5对于顶珠2-1-6的压力，所述叉头2-1-2用于夹持靶片3尾部的上下两面，所述护侧2-1-3用于夹持靶片3尾部的左右两侧；所述调整螺母2-1-1的安装角度与去靶结构1-3开口方向平行、且安装在靶头2的与去靶结构1-3开口方向同侧的位置上。
58.所述靶片3设有靶架3-1、剥离膜3-2、定位孔3-3、靶片尾部3-4，所述的定位孔3-3布设在靶片的尾部，定位孔3-3的形状和尺寸与靶杆顶珠2-1-6相配合，当靶片3尾部插入靶杆的叉头2-1-2和护侧2-1-3中时，靶杆的顶珠2-1-6在弹簧的压力下压入到靶片的定位孔3-3中，从而完成靶片对于靶杆的定位。
59.补充说明：
60.图1-3中，所述靶架3-1与剥离膜3-2事先组装在一起，组成靶片，作为一个整体；安装时，一同装在靶盘靶仓或靶杆前端，当剥离膜3-2破损，更换后，一起丢弃。
61.所述靶盘靶仓1-2设有调整螺母1-2-1、弹簧1-2-2；顶块1-2-3、顶珠1-2-4；该调整螺母1-2-1外圆周面设有外螺纹，可以旋入靶盘主体1-1对应的螺纹孔，该压紧弹簧1-2-2通过顶块1-2-3，将顶珠1-2-4压住靶片3的侧面，从而将靶片3轻轻压在靶盘的靶仓里，避免靶片3在靶盘转动时在靶仓1-2内晃动。
62.所述去靶机构1-3布设在靶盘开口1-5的一侧，该去靶机构1-3设有半圆形开口，该半圆形开口的方向与去靶时靶盘主体1-1旋转方向一致、该半圆形开口的尺寸与所述靶杆头部夹持机构2-1的尺寸相配合。
63.一种回旋加速器真空内的自动换靶方法，如图3-图11，其特点是：该自
64.动换靶方法包括以下步骤：
65.步骤一、装靶时，控制机构控制靶盘主体主体1-1和靶杆2各自转动到装靶时相互配合的工位，从而完成装靶过程；
66.步骤二、去靶时，控制机构控制靶盘主体主体1和靶杆2各自转动到去靶时相互配合的工位，从而完成去靶过程。
67.所述步骤一的装靶过程，具体如下：
68.1)控制机构控制靶盘主体1-1沿着其靶盘轴孔1-4的位置转动，使得靶盘主体1-1
当前靶盘靶仓1-2的位置正对靶杆前端的夹持机构2-1的开口；
69.2)控制机构控制靶杆2向靶盘主体1-1运动，使得靶杆2前端的夹持机构2-1顶住并锁住当前靶盘靶仓1-2上靶片尾部的靶柄；
70.3)控制机构控制靶杆2往回运动、带动当前靶片3尾部的靶柄，将该把柄对应的靶片3取出，从而实现了将靶片3安装到靶杆1上，完成了装靶的过程。
71.所述步骤二的去靶过程，具体如下：
72.1)控制机构控制靶盘主体1-1转动、使得靶盘主体1-1上的去靶结构1-3进入去靶工位；
73.2)控制机构将装有靶片3的靶杆2运动到去靶预备位置；
74.3)控制机构控制去靶机构1-3从去靶工位上继续转动，转动到能够锁定靶杆前端夹持机构2-1的位置；
75.4)控制机构控制靶杆2向后运动，去靶结构1-3将靶片3从靶杆头部夹持机构2-1卡出。
76.补充说明：
77.废靶片从靶杆2卸下以后，直接掉在真空内的靶片1-3被卡出时正下方的金属靶片废弃筒里面，当年底检修时，将金属靶片废弃筒的废靶片一次性扔掉。
78.实施例一
79.如图1-1所示，靶盘1整体可以绕靶盘轴孔1-4转动，上面有多个靶盘靶仓1-2(图中有12个，但不仅限于12个)，可以预先在靶盘靶仓1-2内装入靶片3。
80.如图2-1、2-2、2-3所示，靶杆2前端为靶头2-1，可以夹持靶片3。
81.装靶前，各部件的初始位置如图3所示，靶杆2对准靶盘1的靶盘开口1-5位置；这时靶盘1绕靶盘轴孔1-4的位置转动，如图4所示，使装有靶片3的靶盘靶仓1-2与靶杆2的靶杆头部夹持机构2-1对正；靶杆2向靶盘1运动，如图5所示，将靶盘1顶住，靶片3的尾部插进靶杆头部夹持机构2-1，这时靶杆头部夹持机构2-1就会将靶片3的尾部夹紧；靶杆2直线方向反向运动，离开靶盘1，如图6所示，靶杆2会将靶片3从靶盘靶仓1-2拔出，装在靶杆2的前端，完成装靶的动作。
82.靶杆工作时，靶盘1绕靶盘轴孔1-4的位置转动，如图7所示，靶盘1的靶盘开口1-5对准靶杆2位置；靶杆2就可以向前运动，越过靶盘1，如图8所示，进入工作的位置。
83.去靶前，当靶杆2前端的靶片3需要更换时，靶杆2运动到如图9所示的位置，使去靶结构1-3对准靶片3与靶杆前端靶杆夹持机构2-1的凹口位置；靶盘1转动，如图10所示，带动去靶结构1-3插入到靶片3与靶杆2前端靶杆夹持机构2-1的凹口；随后，带着靶片3的靶杆2向后运动，靶片3会被去靶结构1-3卡掉，如图11所示，完成去靶的动作。
84.本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。