一种粒子束用的限流降能装置及其使用方法

1.本发明涉及高能加速器技术领域，特别涉及一种粒子束用的限流降能装置及其使用方法。


背景技术：

2.伴生质子束实验平台(the associated proton beam experiment platform，简称apep)是利用中国散裂中子源(china spallation neutron source，简称csns)直线加速器产生的一定能量的质子束进行质子辐照实验的装置。csns直线加速器将负氢离子加速至80mev的能量，负氢离子在传输的过程中与真空管道内残留的气体分子相互作用，少部分负氢离子转变为质子，最终在直线加速器末端二极磁铁的筛选作用下，负氢离子注入到快循环同步加速器，而质子则进入到apep实验平台，用于质子辐照研究，如集成电路及电子器件的辐照效应、材料的辐照损伤评估与改性、质子束的活化分析和质子探测器标定等。
3.一般情况下，限流降能装置包含有限流器和降能器两部分，分别用于调节粒子束的流强和能量，以满足不同的实验需求。
4.其中，降能器是通过改变作用于粒子束流的材料厚度来达到调节束流能量的效果，传统的降能器中常使用多片材料层叠来改变降能器材料的厚度，在辐照实验之前，评估所需要的降能器材料组合厚度，然后手动或电动进行操作，多片层叠结构降能器材料厚度的取值为所层叠的各种材料厚度的叠加，只能取离散的值。这在实际应用中就容易存在使用不便，降能器材料厚度调节只能是多片材料厚度的叠加、难以达到更加精确的数值；在较大束斑尺寸、较宽厚度调节范围时，其可调节的范围也非常小。此外，apep束线设备通常要求布局紧凑，降能器及限流器均需位于屏蔽体内，而束斑尺寸较大，则需要结构更加紧凑的、宽范围调节的降能器。
5.此外，在专用加速器离子辐照装置上，可通过多种方法实现对粒子束流强的控制，如离子源调制、狭缝、靶散射、静电偏转剔除射等。apep实验平台是基于csns直线加速器负氢离子传输过程中伴生产生的质子束实验平台，只能在apep束线进行质子束流强的调制，由于空间有限，束线设备布局紧凑，其他的限流方案难以适应该环境下使用。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种粒子束用的限流降能装置，该限流降能装置中降能器的厚度连续可调，使用灵活而方便，限流降能装置整体结构紧凑，可较好地适用于apep实验平台。
7.本发明的另一目的在于提供一种上述粒子束用的限流降能装置的使用方法。
8.本发明的技术方案为：一种粒子束用的限流降能装置，包括真空腔体、限流器和多个降能器，限流器和各降能器分别设于真空腔体内；每个降能器中设有位置可调的两个降能块，各降能块呈楔形板状结构，两个降能块相平行设置且在调节过程中进行相向或反向的相对运动。其中，降能器主要是通过材料的阻挡慢化作用，调节粒子束的能量；限流器主
要是对粒子束的流强起调节作用。
9.作为一种优选方案，所述降能器有两个，分别为第一降能器和第二降能器，第一降能器中设有两个呈楔形板状的第一降能块，第二降能器中设有两个呈楔形板状的第二降能块，第一降能块的楔形角度小于第二降能块的楔形角度，第一降能块的最大厚度大于第二降能块的最小厚度。
10.第一降能块的楔形角度为0.5
°
～3
°
，第二降能块的楔形角度为5
°
～10
°
。为适应较大束斑尺寸，且在降能器的最薄材料能达到一个较小值的情况下，第一降能块的楔形角度可设置的尽可能小，0.5
°
～3
°
为其理想范围。而为达到完全阻挡束流的材料厚度，降能器的最厚材料厚度需达到一个较大值，因此第二降能块的楔形角度可取较大值，但为了降低降能器的整体横向尺寸，第二降能块的楔形角度也不可过大，因此，5
°
～10
°
为其理想范围。此外，第一降能块的最大厚度大于第二降能块的最小厚度，使得整体降能材料厚度从第一降能块的最小厚度，到第二降能块的最大厚度，全范围连续可调。
11.所述第一降能器包括第一电机、第一联轴器、第一正反双螺旋丝杆、第一丝杆螺母、第一直线导轨、第一滑块、第一安装底座和第一降能块；第一电机的动力输出轴通过第一联轴器与第一正反双螺旋丝杆的一端连接；第一正反双螺旋丝杆包括螺旋方向相反的第一上段螺纹和第一下端螺纹，第一上段螺纹上和第一下端螺纹上分别设有相配合的第一丝杆螺母；第一正反双螺旋丝杆的两侧分别设有相平行的第一直线导轨，各第一直线导轨上设有相配合的第一滑块；第一降能块固定于第一安装底座上，第一安装底座的一端与第一丝杆螺母连接，第一安装底座的另一端与第一滑块连接。调节时，第一电机驱动第一正反双螺旋丝杆转动，驱动两个第一丝杆螺母同步进行反向转动，使两个第一降能块沿相反方向进行直线运动，并在运动过程中，分别通过相应的第一滑块沿着各自的第一直线导轨进行导向，当两个第一降能块运动至其厚度叠加值达到所需降能材料厚度时，关闭第一电机停止运动即可。
12.所述第一降能器中，第一降能块包括主框架、楔形降能板和压板，主框架底部固定与第一安装底座上，楔形降能板安装于主框架中，并在一侧设置压板，通过螺栓将压板与主框架锁紧固定。使得楔形降能板被压紧固定与主框架中，形成稳定的降能块整体结构。
13.进一步地，所述第一降能器中，第一降能块的一端与第一安装底座连接，第一降能块的另一端还连接有辅助滑块，辅助滑块与相应之处的第一直线导轨相配合。在第一降能块调节时的运动过程中，其两端均有滑块与导轨的导向作用，一方面可使得其运行过程更加稳定，避免第一降能块由于长度过大而产生偏转或晃动，另一方面也可提高其调节的精确度。
14.所述第二降能器包括第二电机、第二联轴器、第二正反双螺旋丝杆、第二丝杆螺母、第二直线导轨、第二滑块、第二安装底座和第二降能块；第二电机的动力输出轴通过第二联轴器与第二正反双螺旋丝杆的一端连接；第二正反双螺旋丝杆包括螺旋方向相反的第二上段螺纹和第二下端螺纹，第二上段螺纹上和第二下端螺纹上分别设有相配合的第二丝杆螺母；第二正反双螺旋丝杆的两侧分别设有相平行的第二直线导轨，各第二直线导轨上设有相配合的第二滑块；第二降能块固定于第二安装底座上，第二安装底座的一端与第二丝杆螺母连接，第二安装底座的另一端与第二滑块连接。调节时，其原理与第一降能器相同，第二电机驱动第二正反双螺旋丝杆转动，驱动两个第二丝杆螺母同步进行反向转动，使
两个第二降能块沿相反方向进行直线运动，并在运动过程中，分别通过相应的第二滑块沿着各自的第二直线导轨进行导向，当两个第二降能块运动至其厚度叠加值达到所需降能材料厚度时，关闭第二电机停止运动即可。在该调节过程中，还可以通过第一降能器和第二降能器相配合进行调节，调节至各第一降能块和各第二降能块的厚度叠加值达到所需降能材料厚度即可。
15.所述限流器包括第三电机、第三联轴器、单向螺旋丝杆、第三丝杆螺母、第三直线导轨、第三滑块、第三安装底座和限流组件；第三电机的动力输出轴通过第三联轴器与单向螺旋丝杆的一端连接；单向螺旋丝杆上设有相配合的第三丝杆螺母；单向螺旋丝杆的两侧分别设有第三直线导轨，各第三直线导轨上设有相配合的第三滑块；限流组件固定于第三安装底座上，第三安装底座中部与第三丝杆螺母连接，第三安装底座两侧分别与第三滑块连接。调节时，第三电机驱动单向螺旋丝杆转动，从而驱动第三丝杆螺母进行转动，使限流组件进行直线运动，在运动过程中，通过单向螺旋丝杆两侧的第三直线导轨和第三滑块相配合进行导向，当限流组件移动至所需位置时，停止第三电机的驱动即可。
16.所述限流器中，限流组件包括固定基板、绕y轴旋转板和绕x轴旋转板，固定基板底部与第三安装底座连接，绕y轴旋转板安装于固定基板上，绕x轴旋转板安装于绕y轴旋转板上，绕x轴旋转板上安装有多个限流板，各限流板上的限流孔分布密度不同(不同孔密度的限流板代表不同的限流强度档位，当限流器可完全偏离束流包络范围，此时对粒子束流无任何阻挡作用)；其中，固定基板作为与第三安装底座连接的基座，绕y轴旋转板可相对于固定基板绕y轴转动，实现限流板在y轴方向上的微调，绕x轴旋转板可相对于绕y轴旋转板绕x轴转动，实现限流板在x轴方向上的微调，从而保证了限流板上各限流孔的轴线与粒子束的束流中心轴线保持平行；各限流板通过安装压板和安装螺钉锁紧固定于绕x轴旋转板上对应的各通孔上，根据实验的实际需要，各限流板可切换使用。
17.固定基板的一侧设有绕y轴旋转轴，固定基板的另一侧设有第一锁紧螺纹孔，绕y轴旋转板的一侧设有与绕y轴旋转轴相配合的绕y轴旋转通孔，绕y轴旋转板的另一侧设有与第一锁紧螺纹孔相配合的第一调节长孔和第一锁紧螺钉，绕y轴旋转板的侧边上还设有绕y轴调节螺钉；其中，绕y轴旋转板的侧边上的绕y轴调节螺钉成对设置，至少设有一对，固定基板相应的侧边嵌于两个绕y轴调节螺钉之间，当需要调节时，转动绕y轴调节螺钉，绕y轴调节螺钉推动绕y轴旋转板绕着绕y轴旋转轴进行转动，达到所需位置后，通过第一锁紧螺钉在第一调节长孔和第一锁紧螺纹孔处将两者锁紧固定即可。
18.绕y轴旋转板的上端设有绕x轴旋转轴，绕y轴旋转板的下端设有绕x轴调节螺钉，绕y轴旋转板的中部设有第二锁紧螺纹孔，绕x轴旋转板的上端设有与绕x轴旋转轴相配合的绕x轴旋转通孔，绕x轴旋转板的下端嵌于绕y轴旋转板下端的两个绕x轴调节螺钉之间，绕x轴旋转板的中部设有与第二锁紧螺纹孔相配合的第二调节长孔和第二锁紧螺钉。其中，绕y轴旋转板下端的两个绕x轴调节螺钉对称设置，绕x轴旋转板的下端嵌于两个绕x轴调节螺钉之间，当需要调节时，转动绕x轴调节螺钉，绕x轴调节螺钉推动绕x轴旋转板绕着绕x轴旋转轴进行转动，达到所需位置后，通过第二锁紧螺钉在第二调节长孔和第二锁紧螺纹孔处将两者锁紧固定即可。
19.上述结构的限流降能装置中，由于限流器和各降能器的结构设计，可使得真空腔体内的结构比传统限流降能装置更加紧凑，因此，真空腔体的尺寸比传统限流降能装置的
尺寸小，尤其是沿束流方向的长度，本限流降能装置的真空腔体更薄，但限流降能装置中真空腔体的结构形式与传统限流降能装置的真空腔体相同，真空腔体内侧的顶部设有屏蔽块，屏蔽块覆盖于限流器中的限流组件和各降能器中的降能块上方，限流器的电机、各降能器的电机(即上述第一电机、第二电机、第三电机)及相应的联轴器(即上述第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器)分别安装于真空腔体外侧，但在与真空腔体的连接处还分别设有磁性流体真空传动装置，以使真空腔体内达到良好的密封效果，真空腔体的两侧还分别设有法兰，粒子束束流从两侧的法兰穿过，进入真空腔体内时，可依次穿过限流器和各降能器。此外，真空腔体中还可根据实际需要设置若干限位开关。
20.本限流降能装置的原理如下：
21.在各降能器中，两个降能块(即上述第一降能块或第二降能块)以束流中心轴线所在的水平面为对称面，沿相应的直线导轨做相向或反向运动，相应的，在束流通过范围内，作用于束流的降能材料厚度也相应的可发生连续变化，最终实现对束流能量的连续调节。而在第一降能器和第二降能器中，分别采用楔形角度不同的两组降能块，第一组降能块具有较小的楔形角度，主要可兼容更薄的降能材料厚度，第二组降能块具有较大的楔形角度，主要可兼容更厚的降能材料厚度，两组降能块作用于束流的降能材料厚度可承接连续，即第一组降能块的最厚之处厚度大于第二组降能块的最薄之处厚度，作用于束流的降能材料总厚度可以由单组降能块进行调节获得，也可由两组降能块同时进行调节组合叠加；两组降能块的最厚之处叠加后形成的降能材料厚度，大于束流完全停止或完全屏蔽所需的降能材料厚度，且两组降能块可以完全偏离束流横向边界的包络，此时粒子束不被任何材料阻挡而可自由通过，因此各降能器同时兼备束流开关的作用。根据粒子束的类型不同、粒子能量不同等因素，各降能块可选择采用石墨、铝、铜、铍、钛和碳化硼等材料。
22.在限流器中，限流板采用微孔板的形式，当粒子通过微孔区域时，不被其材料阻挡，这部分粒子可正常自由通过；当粒子通过微孔区域外的其他区域时，被限流板材料阻挡，这部分粒子不能正常通过，从而达到降低束流流强的作用；在本限流降能装置的限流器中，多块不同束流孔分布密度的微孔限流板被安排在同一可调支架上，可通过严格控制支架加工精度，保证多块限流板相互平行，支架可绕x轴和y轴旋转，从而调节微孔板的微孔轴线与束流中心轴线平行，满足特定条件的粒子可不被阻挡而顺利穿过微孔；其中，绕x轴旋转板可加宽宽度，安装检测时，测试数据对微小角度的调整变化会更加敏感。使用过程中，限流器也可完全偏离束流横向边界的包络，此时粒子束不被任何材料阻挡而可自由通过。
23.本发明一种上述粒子束用的限流降能装置的使用方法，具体为：限流器和各降能器之间相互独立运行，在伴生质子束实验中，限流器和各降能器沿束流方向依次设置；
24.当粒子束的束流需要调节流强时，调节限流器至所需位置即可；
25.当粒子束的束流需要调节能量时，同时调节多个降能器或择一调节单个降能器，至束流经过的各降能块厚度相加达到所需降能材料的厚度值即可；
26.当粒子束的束流需要同时调节流强和能量时，同时调节限流器和单个降能器或多个降能器，使束流依次穿过限流器和降能器。
27.本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
28.本粒子束用的限流降能装置中，各降能器通过使用成对楔形板状的降能块，组成长方形，通过调节降能块之间的交错间距，从而可实现连续改变束流降能材料的厚度，不同
降能材料厚度达到不同的粒子束降能效果，使用更加灵活而方便，其厚度调节范围更广，限流降能装置整体结构也更加紧凑，可较好地适用于apep实验平台。
29.本粒子束用的限流降能装置中，第一降能器和第二降能器中分别采用楔形角度不同的两组降能块，可使得降能材料厚度调节范围更广，也可有效降低限流降能装置的整体厚度，使其整体尺寸更小，结构更加紧凑。此外，每个降能器中两个降能块采用正反双螺旋丝杆进行同步驱动，可有效保证其相互运动关系的稳定性，且仅适用单台电机进行驱动，整体结构简洁，也可提高设备运行的可靠性和稳定性。
30.本粒子束用的限流降能装置中，限流器中可采用具有不同限流孔分布密度的多个限流板，对应不同的束流流强使用，调整束流流强的同时，不改变束流的最大能量。
31.本粒子束用的限流降能装置中，限流器和各降能器分别独立运行，可根据实验的实际需求，择一选择使用，也可组合进行使用，其使用灵活而方便。此外，降能块和限流组件均可完全偏离粒子束，此时束流可无阻挡传输通过真空腔体，不改变束流的流强和能量。各降能器中的降能块最大厚度值叠加后，可完全阻挡束流，此时降能器还可作为束流开关进行使用。
32.本粒子束用的限流降能装置中，限流器和降能器置于同一设备真空腔内，再结合限流器和各降能器的具体结构设计，可有效节省束流长度方向的空间，且节约设备外围辐射防护屏蔽体。
附图说明
33.图1为本粒子束用的限流降能装置的结构示意图。
34.图2为图1中第二降能器去除第二电机和第二联轴器后的结构示意图。
35.图3为图2的a方向视图。
36.图4为第二降能块的结构示意图。
37.图5为第一降能器和第二降能器应用时的原理示意图。
38.图6为图1中限流器去除第三电机和第三联轴器后的结构示意图。
39.图7为图6的b方向视图。
40.图8为限流组件的结构示意图。
41.上述各图中，各附图标记所示部件如下：
42.1为真空腔体，2为限流器，3为第一降能器，4为第二降能器，5为屏蔽块，6为磁性流体真空传动装置，7为法兰，8为限位开关；
43.2-1为限流组件，2-2为第三电机，2-3为第三联轴器，2-4为单向螺旋丝杆，2-5为第三丝杆螺母，2-6为第三直线导轨，2-7为第三滑块，2-8为第三安装底座；
44.2-1-1为固定基板，2-1-2为绕y轴旋转板，2-1-3为绕x轴旋转板，2-1-4为绕y轴旋转轴，2-1-5为第一锁紧螺纹孔，2-1-6为绕y轴旋转通孔，2-1-7为第一调节长孔，2-1-8为第一锁紧螺钉，2-1-9为绕y轴调节螺钉，2-1-10为绕x轴旋转轴，2-1-11为绕x轴调节螺钉，2-1-12为第二锁紧螺纹孔，2-1-13为绕x轴旋转通孔，2-1-14为第二调节长孔，2-1-15为第二锁紧螺钉，2-1-16为限流板，2-1-17为安装压板，2-1-18为安装螺钉；
45.3-1为第一降能块，3-2为第一电机，3-3为第一联轴器，3-4为第一正反双螺旋丝杆，3-5为第一直线导轨，3-6为第一安装底座；
46.4-1为第二降能块，4-2为第二电机，4-3为第二联轴器，4-4为第二正反双螺旋丝杆，4-5为第二丝杆螺母，4-6为第二直线导轨，4-7为第二滑块，4-8为第二安装底座；
47.4-1-1为主框架，4-1-2为楔形降能板，4-1-3为压板，4-1-4为螺栓；
48.a为第一降能块的楔形角度，b为第二降能块的楔形角度，c为束流横向边界。
具体实施方式
49.下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
50.实施例1
51.本实施例一种粒子束用的限流降能装置，如图1所示，包括真空腔体1、限流器2和多个降能器(本实施例中包括第一降能器3、第二降能器4)，限流器和各降能器分别设于真空腔体内；每个降能器中设有位置可调的两个降能块，各降能块呈楔形板状结构，两个降能块相平行设置且在调节过程中进行相向或反向的相对运动。其中，降能器主要是通过材料的阻挡慢化作用，调节粒子束的能量；限流器主要是对粒子束的流强起调节作用。在本限流降能装置中，由于限流器和各降能器的结构设计，可使得真空腔体内的结构比传统限流降能装置更加紧凑，因此，真空腔体的尺寸比传统限流降能装置的尺寸小，尤其是要束流方向的厚度，本限流降能装置的真空腔体更薄，但限流降能装置中真空腔体的结构形式与传统限流降能装置的真空腔体相同，真空腔体内侧的顶部设有屏蔽块5，屏蔽块覆盖于限流器中的限流组件和各降能器中的降能块上方，限流器的电机、各降能器的电机(即下述第一电机、第二电机、第三电机)及相应的联轴器(即下述第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器)分别安装于真空腔体外侧，但在与真空腔体的连接处还分别设有磁性流体真空传动装置6(该装置为真空腔体的常用装置)，以使真空腔体内达到良好的密封效果，真空腔体的两侧还分别设有法兰7，粒子束束流从两侧的法兰穿过(其方向如图1中的箭头方向所示)，进入真空腔体内时，可依次穿过限流器和各降能器。此外，真空腔体中还可根据实际需要设置若干限位开关8。
52.本实施例中，降能器有两个，如图1所示，分别为第一降能器和第二降能器，第一降能器与第二降能器的主体结构相同。第一降能器中设有两个呈楔形板状的第一降能块3-1，第二降能器中设有两个呈楔形板状的第二降能块4-1，第一降能块的楔形角度小于第二降能块的楔形角度，第一降能块的最大厚度大于第二降能块的最小厚度。如图5所示，第一降能块的楔形角度a为0.5
°
～3
°
，第二降能块的楔形角度b为5
°
～10
°
。其中，为适应较大束斑尺寸，且在降能器的最薄材料能达到一个较小值的情况下，第一降能块的楔形角度可设置的尽可能小，0.5
°
～3
°
为其理想范围。而为达到完全阻挡束流的材料厚度，降能器的最厚材料厚度需达到一个较大值，因此第二降能块的楔形角度可取较大值，但为了降低降能器的整体横向尺寸，第二降能块的楔形角度也不可过大，因此，5
°
～10
°
为其理想范围。此外，第一降能块的最大厚度大于第二降能块的最小厚度，使得整体降能材料厚度从第一降能块的最小厚度，到第二降能块的最大厚度，全范围连续可调。
53.如图1所示，第一降能器包括第一电机3-2、第一联轴器3-3、第一正反双螺旋丝杆3-4、第一丝杆螺母(图中未示出)、第一直线导轨3-5、第一滑块(图中未示出)、第一安装底座3-6和第一降能块3-1；第一电机的动力输出轴通过第一联轴器与第一正反双螺旋丝杆的一端连接；第一正反双螺旋丝杆包括螺旋方向相反的第一上段螺纹和第一下端螺纹，第一
上段螺纹上和第一下端螺纹上分别设有相配合的第一丝杆螺母；第一正反双螺旋丝杆的两侧分别设有相平行的第一直线导轨，各第一直线导轨上设有相配合的第一滑块；第一降能块固定于第一安装底座上，第一安装底座的一端与第一丝杆螺母连接，第一安装底座的另一端与第一滑块连接。调节时，第一电机驱动第一正反双螺旋丝杆转动，驱动两个第一丝杆螺母同步进行反向转动，使两个第一降能块沿相反方向进行直线运动，并在运动过程中，分别通过相应的第一滑块沿着各自的第一直线导轨进行导向，当两个第一降能块运动至其厚度叠加值达到所需降能材料厚度时，关闭第一电机停止运动即可。第一降能器中，第一降能块包括主框架、楔形降能板和压板，主框架底部固定与第一安装底座上，楔形降能板安装于主框架中，并在一侧设置压板，通过螺栓将压板与主框架锁紧固定。使得楔形降能板被压紧固定与主框架中，形成稳定的降能块整体结构。
54.如图1、图2或图3所示，第二降能器包括第二电机4-2、第二联轴器4-3、第二正反双螺旋丝杆4-4、第二丝杆螺母4-5、第二直线导轨4-6、第二滑块4-7、第二安装底座4-8和第二降能块4-1；第二电机的动力输出轴通过第二联轴器与第二正反双螺旋丝杆的一端连接；第二正反双螺旋丝杆包括螺旋方向相反的第二上段螺纹和第二下端螺纹，第二上段螺纹上和第二下端螺纹上分别设有相配合的第二丝杆螺母；第二正反双螺旋丝杆的两侧分别设有相平行的第二直线导轨，各第二直线导轨上设有相配合的第二滑块；第二降能块固定于第二安装底座上，第二安装底座的一端与第二丝杆螺母连接，第二安装底座的另一端与第二滑块连接。调节时，其原理与第一降能器相同，第二电机驱动第二正反双螺旋丝杆转动，驱动两个第二丝杆螺母同步进行反向转动，使两个第二降能块沿相反方向进行直线运动，并在运动过程中，分别通过相应的第二滑块沿着各自的第二直线导轨进行导向，当两个第二降能块运动至其厚度叠加值达到所需降能材料厚度时，关闭第二电机停止运动即可。在该调节过程中，还可以通过第一降能器和第二降能器相配合进行调节，调节至各第一降能块和各第二降能块的厚度叠加值达到所需降能材料厚度即可。如图4所示，第二降能器中，第二降能块包括主框架4-1-1、楔形降能板4-1-2和压板4-1-3，主框架底部固定与第二安装底座上，楔形降能板安装于主框架中，并在一侧设置压板，通过螺栓4-1-4将压板与主框架锁紧固定。使得楔形降能板被压紧固定与主框架中，形成稳定的降能块整体结构。
55.如图1、图6或图7所示，限流器包括第三电机2-2、第三联轴器2-3、单向螺旋丝杆2-4、第三丝杆螺母2-5、第三直线导轨2-6、第三滑块2-7、第三安装底座2-8和限流组件2-1；第三电机的动力输出轴通过第三联轴器与单向螺旋丝杆的一端连接；单向螺旋丝杆上设有相配合的第三丝杆螺母；单向螺旋丝杆的两侧分别设有第三直线导轨，各第三直线导轨上设有相配合的第三滑块；限流组件固定于第三安装底座上，第三安装底座中部与第三丝杆螺母连接，第三安装底座两侧分别与第三滑块连接。调节时，第三电机驱动单向螺旋丝杆转动，从而驱动第三丝杆螺母进行运动，使限流组件进行直线运动，在运动过程中，通过单向螺旋丝杆两侧的第三直线导轨和第三滑块相配合进行导向，当限流组件移动至所需位置时，停止第三电机的驱动即可。
56.如图8所示，限流器中，限流组件包括固定基板2-1-1、绕y轴旋转板2-1-2和绕x轴旋转板2-1-3，固定基板底部与第三安装底座连接，绕y轴旋转板安装于固定基板上，绕x轴旋转板安装于绕y轴旋转板上，绕x轴旋转板上安装有多个限流板，各限流板上的限流孔分布密度不同(不同孔密度的限流板代表不同的限流强度档位，当限流器可完全偏离束流包
络范围，此时对粒子束流无任何阻挡作用)；其中，固定基板作为与第三安装底座连接的基座，绕y轴旋转板可相对于固定基板绕y轴转动，实现限流板在y轴方向上的微调，绕x轴旋转板可相对于绕y轴旋转板绕x轴转动，实现限流板在x轴方向上的微调，从而保证了限流板上各限流孔的轴线与粒子束的束流中心轴线保持平行；各限流板2-1-16通过安装压板2-1-17和安装螺钉2-1-18锁紧固定于绕x轴旋转板上对应的各通孔上，根据实验的实际需要，各限流板可切换使用。
57.固定基板的一侧设有绕y轴旋转轴2-1-4，固定基板的另一侧设有第一锁紧螺纹孔2-1-5，绕y轴旋转板的一侧设有与绕y轴旋转轴相配合的绕y轴旋转通孔2-1-6，绕y轴旋转板的另一侧设有与第一锁紧螺纹孔相配合的第一调节长孔2-1-7和第一锁紧螺钉2-1-8，绕y轴旋转板的侧边上还设有绕y轴调节螺钉2-1-9；其中，绕y轴旋转板的侧边上的绕y轴调节螺钉成对设置，至少设有一对，固定基板相应的侧边嵌于两个绕y轴调节螺钉之间，当设备进行准直安装时，转动绕y轴调节螺钉，绕y轴调节螺钉推动绕y轴旋转板绕着绕y轴旋转轴进行转动，达到所需位置后，通过第一锁紧螺钉在第一调节长孔和第一锁紧螺纹孔处将两者锁紧固定即可。
58.绕y轴旋转板的上端设有绕x轴旋转轴2-1-10，绕y轴旋转板的下端设有绕x轴调节螺钉2-1-11，绕y轴旋转板的中部设有第二锁紧螺纹孔2-1-12，绕x轴旋转板的上端设有与绕x轴旋转轴相配合的绕x轴旋转通孔2-1-13，绕x轴旋转板的下端嵌于绕y轴旋转板下端的两个绕x轴调节螺钉之间，绕x轴旋转板的中部设有与第二锁紧螺纹孔相配合的第二调节长孔2-1-14和第二锁紧螺钉2-1-15。其中，绕y轴旋转板下端的两个绕x轴调节螺钉对称设置，绕x轴旋转板的下端嵌于两个绕x轴调节螺钉之间，当设备进行准直安装时，转动绕x轴调节螺钉，绕x轴调节螺钉推动绕x轴旋转板绕着绕x轴旋转轴进行转动，达到所需位置后，通过第二锁紧螺钉在第二调节长孔和第二锁紧螺纹孔处将两者锁紧固定即可。
59.本限流降能装置的原理如下：
60.在各降能器中，两个降能块(即上述第一降能块或第二降能块)以束流中心轴线所在的水平面为对称面，沿相应的直线导轨做相向或反向运动，相应的，在束流通过范围内，作用于束流的降能材料厚度也相应的可发生连续变化，最终实现对束流能力的连续调节。而在第一降能器和第二降能器中，分别采用楔形角度不同的两组降能块，第一组降能块具有较小的楔形角度，主要可兼容更薄的降能材料厚度，第二组降能块具有较大的楔形角度，主要可兼容更厚的降能材料厚度，两组降能块作用于束流的降能材料厚度可承接连续，即第一组降能块的最厚之处厚度大于第二组降能块的最薄之处厚度，作用于束流的降能材料总厚度可以由单组降能块进行调节获得，也可由两组降能块同时进行调节组合叠加；两组降能块的最厚之处叠加后形成的降能材料厚度，大于束流完全停止或完全屏蔽所需的降能材料厚度，且两组降能块可以完全偏离束流横向边界c的包络，此时粒子束不被任何材料阻挡而可自由通过，因此各降能器同时兼备束流开关的作用。根据粒子束的类型不同、粒子能量不同等因素，各降能块可选择采用石墨、铝、铜、铍、钛和碳化硼等材料。
61.在限流器中，限流板采用微孔板的形式，当粒子通过微孔区域时，不被其材料阻挡，这部分粒子可正常自由通过；当粒子通过微孔区域外的其他区域时，被限流板材料阻挡，这部分粒子不能正常通过，从而达到降低束流流强的作用；在本限流降能装置的限流器中，多块不同束流孔分布密度的微孔限流板被安排在同一可调支架上，可通过严格控制支
架加工精度，保证多块限流板相互平行，支架可绕x轴和y轴旋转，从而在准直安装的过程中，可调节微孔板的微孔轴线与束流中心轴线平行，满足特定条件的粒子可不被阻挡而顺利穿过微孔；其中，绕x轴旋转板可加宽宽度，准直标定时，测试数据对微小角度的调整变化会更加敏感。使用过程中，限流器也可完全偏离束流横向边界的包络，此时粒子束不被任何材料阻挡而可自由通过。
62.本实施例上述粒子束用的限流降能装置的使用方法，具体为：限流器和各降能器之间相互独立运行，在伴生质子束实验中，限流器和各降能器沿束流方向依次设置；
63.当粒子束的束流需要调节流强时，切换限流器至所需位置即可；
64.当粒子束的束流需要调节能量时，同时调节多个降能器或择一调节单个降能器，至束流经过的各降能块厚度相加达到所需降能材料的厚度值即可；
65.当粒子束的束流需要同时调节流强和能量时，同时调节限流器和单个降能器或多个降能器，使束流依次穿过限流器和降能器。
66.实施例2
67.本实施例一种粒子束用的限流降能装置，与实施例1相比较，其不同之处在于：
68.在第一降能器中进一步设置辅助滑块，第一降能块的一端与第一安装底座连接，第一降能块的另一端还连接有辅助滑块，辅助滑块与相应之处的第一直线导轨相配合。在第一降能块调节时的运动过程中，其两端均有滑块与导轨的导向作用，一方面可使得其运行过程更加稳定，避免第一降能块由于长度过大而产生偏转或晃动，另一方面也可提高其调节的精确度。
69.同样的，在第二降能器中设置辅助滑块，第二降能块的一端与第二安装底座连接，第二降能块的另一端还连接有辅助滑块，辅助滑块与相应之处的第二直线导轨相配合。在第二降能块调节时的运动过程中，其两端均有滑块与导轨的导向作用，一方面可使得其运行过程更加稳定，避免第二降能块由于长度过大而产生偏转或晃动，另一方面也可提高其调节的精确度。
70.如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

技术特征：
1.一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，包括真空腔体、限流器和多个降能器，限流器和各降能器分别设于真空腔体内；每个降能器中设有位置可调的两个降能块，各降能块呈楔形板状结构，两个降能块相平行设置且在调节过程中进行相向或反向的相对运动。2.根据权利要求1所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，所述降能器有两个，分别为第一降能器和第二降能器，第一降能器中设有两个呈楔形板状的第一降能块，第二降能器中设有两个呈楔形板状的第二降能块，第一降能块的楔形角度小于第二降能块的楔形角度，第一降能块的最大厚度大于第二降能块的最小厚度。3.根据权利要求2所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，第一降能块的楔形角度为0.5
°
～3
°
，第二降能块的楔形角度为5
°
～10
°
。4.根据权利要求2所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，所述第一降能器包括第一电机、第一联轴器、第一正反双螺旋丝杆、第一丝杆螺母、第一直线导轨、第一滑块、第一安装底座和第一降能块；第一电机的动力输出轴通过第一联轴器与第一正反双螺旋丝杆的一端连接；第一正反双螺旋丝杆包括螺旋方向相反的第一上段螺纹和第一下端螺纹，第一上段螺纹上和第一下端螺纹上分别设有相配合的第一丝杆螺母；第一正反双螺旋丝杆的两侧分别设有相平行的第一直线导轨，各第一直线导轨上设有相配合的第一滑块；第一降能块固定于第一安装底座上，第一安装底座的一端与第一丝杆螺母连接，第一安装底座的另一端与第一滑块连接。5.根据权利要求4所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，所述第一降能器中，第一降能块包括主框架、楔形降能板和压板，主框架底部固定与第一安装底座上，楔形降能板安装于主框架中，并在一侧设置压板，通过螺栓将压板与主框架锁紧固定。6.根据权利要求4所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，所述第一降能器中，第一降能块的一端与第一安装底座连接，第一降能块的另一端还连接有辅助滑块，辅助滑块与相应之处的第一直线导轨相配合。7.根据权利要求2所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，所述第二降能器包括第二电机、第二联轴器、第二正反双螺旋丝杆、第二丝杆螺母、第二直线导轨、第二滑块、第二安装底座和第二降能块；第二电机的动力输出轴通过第二联轴器与第二正反双螺旋丝杆的一端连接；第二正反双螺旋丝杆包括螺旋方向相反的第二上段螺纹和第二下端螺纹，第二上段螺纹上和第二下端螺纹上分别设有相配合的第二丝杆螺母；第二正反双螺旋丝杆的两侧分别设有相平行的第二直线导轨，各第二直线导轨上设有相配合的第二滑块；第二降能块固定于第二安装底座上，第二安装底座的一端与第二丝杆螺母连接，第二安装底座的另一端与第二滑块连接。8.根据权利要求1所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，所述限流器包括第三电机、第三联轴器、单向螺旋丝杆、第三丝杆螺母、第三直线导轨、第三滑块、第三安装底座和限流组件；第三电机的动力输出轴通过第三联轴器与单向螺旋丝杆的一端连接；单向螺旋丝杆上设有相配合的第三丝杆螺母；单向螺旋丝杆的两侧分别设有第三直线导轨，各第三直线导轨上设有相配合的第三滑块；限流组件固定于第三安装底座上，第三安装底座中部与第三丝杆螺母连接，第三安装底座两侧分别与第三滑块连接。9.根据权利要求8所述一种粒子束用的限流降能装置，其特征在于，所述限流器中，限
流组件包括固定基板、绕y轴旋转板和绕x轴旋转板，固定基板底部与第三安装底座连接，绕y轴旋转板安装于固定基板上，绕x轴旋转板安装于绕y轴旋转板上，绕x轴旋转板上安装有多个限流板，各限流板上的限流孔分布密度不同；固定基板的一侧设有绕y轴旋转轴，固定基板的另一侧设有第一锁紧螺纹孔，绕y轴旋转板的一侧设有与绕y轴旋转轴相配合的绕y轴旋转通孔，绕y轴旋转板的另一侧设有与第一锁紧螺纹孔相配合的第一调节长孔和第一锁紧螺钉，绕y轴旋转板的侧边上还设有绕y轴调节螺钉；绕y轴旋转板的上端设有绕x轴旋转轴，绕y轴旋转板的下端设有绕x轴调节螺钉，绕y轴旋转板的中部设有第二锁紧螺纹孔，绕x轴旋转板的上端设有与绕x轴旋转轴相配合的绕x轴旋转通孔，绕x轴旋转板的下端嵌于绕y轴旋转板下端的两个绕x轴调节螺钉之间，绕x轴旋转板的中部设有与第二锁紧螺纹孔相配合的第二调节长孔和第二锁紧螺钉。10.权利要求1～9任一项所述一种粒子束用的限流降能装置的使用方法，其特征在于，限流器和各降能器之间相互独立运行，在伴生质子束实验中，限流器和各降能器沿束流方向依次设置；当粒子束的束流需要调节流强时，调节限流器至所需位置即可；当粒子束的束流需要调节能量时，同时调节多个降能器或择一调节单个降能器，至束流经过的各降能块厚度相加达到所需降能材料的厚度值即可；当粒子束的束流需要同时调节流强和能量时，同时调节限流器和单个降能器或多个降能器，使束流依次穿过限流器和降能器。

技术总结
本发明公开一种粒子束用的限流降能装置及其使用方法，限流降能装置包括真空腔体、限流器和多个降能器，限流器和各降能器平行设于真空腔体内；每个降能器中设有位置可调的两个降能块，各降能块呈楔形板状结构，两个降能块相平行设置且在调节过程中进行相对运动。其使用方法是限流器和各降能器之间相互独立运行，在仅需要调节流强时，调节限流器至所需位置即可，在仅需要调节能量时，调节多个降能器或择一调节单个降能器，至束流经过的各降能块厚度相加达到所需降能材料的厚度值即可，在需要同时调节流强和能量时，同时调节限流器和单个降能器或多个降能器，使束流依次穿过限流器和降能器。本发明中降能器的厚度连续可调，使用灵活而方便。活而方便。活而方便。


技术研发人员：宁常军 敬罕涛 齐欣 康玲 于永积 陈佳鑫 何泳成 马娜 孙晓阳 谭志新 王广源 刘仁洪 刘磊 余洁冰 张俊嵩 贺华艳 聂小军 梁静
受保护的技术使用者：中国科学院高能物理研究所
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/12