一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构的制作方法

1.本发明涉及一种靶站结构，具体涉及一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构。


背景技术：

2.回旋加速器加速产生的中能粒子可以用来生产同位素，现有技术生产同位素时需要将束流从加速器引出至如图4a、4b、4c所示的靶站，并且照射在固定于靶站下半部分靶基的靶材上，照射结束后，靶站通过真空夹持装置、以及直线气缸和转动气缸将靶基和靶材一起移出到靶站以外的热室中进行操作。
3.以上照射到移出的过程，要求靶站设计包括两个部分：上半部分是抽真空部分，在照射完成以后，通过抽真空将下半部分的靶基吸附起来并移出到靶架以外的热室中进行操作；下半部分是水冷部分，水冷部分在照射过程中对靶基进行水冷散热，散热的原因是在靶材的照射过程中会释放出巨大的热，这就需要完善水冷系统对靶材进行冷却。
4.现有技术将上半部分的抽真空部分和下半部分的水冷部分制成两个独立结构。由于上半部分和下半部分分别要通抽真空管道和水冷管道，使得上半部分和下半部分的厚度都相应地比较厚，这就使得整个靶站的高度近似竖立的长方形。
5.靶站结构的设计难点在于：实际工程中允许留给靶站整体高度的空间只是现有靶站高度的二分之一，需要大幅度压缩现有靶站的高度才能适应实际工程的要求。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术存在的问题，提出一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，目的在于解决现有的靶站高度远远超出了工程实际要求高度的问题。
7.本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：
8.一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，该靶站结构从下至上设有：靶架5、靶基1、真空夹持机构2、直线气缸3、水冷管道4；所述靶基1用于提供束流打在靶基1上所需要的靶材、靶材布设在靶基的下表面；所述靶架5用于为靶基提供倾斜的支架、使得束流从靶架5两侧穿过时束流打在靶基倾斜底面的靶材上，从而生产同位素；所述真空夹持机构2用于吸附靶基，当水冷和抽真空结束后，该真空夹持机构2在直线气缸3的作用下吸附靶基一起转移到靶架以外的热室中；
9.其特点是：所述真空夹持机构2设有一对”l”型通孔，该一对”l”型通孔向下通向靶基1上表面的水槽，该一对”l”型通孔和靶基1上表面的水槽紧密贴合形成了分时占用且共用的密封空间，该分时占用且共用的密封空间为抽真空空间和水冷空间，该分时占用且共用的密封空间使得靶站的整体高度下降了将近二分之一。
10.进一步地，所述一对”l”型通孔，分别沿着该真空夹持机构2的两个轴对称侧面由外到内、由前到后、由上到下穿入，并贯穿到真空夹持机构2的下表面，使得一对”l”型通孔的水通过其下表面的通孔流向与其紧密贴合的靶基1的水槽。
11.进一步地，所述靶基1水槽最底部是直线，两端为向上翘起的圆弧，该向上翘起的圆弧用于避免水流的运动形成湍流、便于让水流更顺畅的通过。
12.进一步地，水槽两边的圆弧最远处要比“l”通孔要远，也就是说水槽把“l”型通孔给包起来了，这样，“l”型通孔里出来的水流一定会引入水槽，并从另外一个“l”型通孔流出去。
13.进一步地，所述靶基1为一个长120mm，宽60mm，高6.2mm的长方体基座，下表面有高0.6mm的椭圆形凸台，椭圆形凸台上布设靶材；其下表面与上表面均带有密封圈。
14.进一步地，所述靶基1上表面水槽的宽度为1mm，深度为5.8mm，相邻水槽之间的距离为1mm，水槽齿数为13。
15.进一步地，所述真空夹持机构2为长120mm，宽60mm，高45mm的长方体，其底面开深槽并90度角延伸到两个轴对称侧面圆孔，其下表面与靶基1紧密贴合并配合有密封圈，顶部开深孔通过圆板、紧固螺母和固定螺钉与直线气缸(3)头部连接。
16.进一步地，所述管道4为真空夹持机构2侧面圆孔连接件，与真空夹持机构2固定配合。
17.进一步地，所述直线气缸3为推杆气缸，直线气缸头部与真空夹持机构2固定连接。
18.本发明的优点效果
19.1、本发明真空夹持装置的内部空间可以供水冷系统和真空系统共同使用。可以很方便的通过更改管道连接的机器来更改真空夹持装置内部空间的使用状态。
20.2、本发明将真空加持头内的“l”型通道、靶基上的“船”型水槽、以及分别布设在真空加持头和靶基上的密封圈有机结合起来，形成了一个密闭的水冷通道和密闭的抽真空通道、且该水冷通道抽真空通道共用一个通道、且两个通道分时使用，通过以上有机结合，实现了将靶站整体高度降低将近二分之一，并且减少成本和物料、减少错误发生率。
附图说明
21.图1a为本发明靶站结构主视图；
22.图1b为本发明图1a的a-a剖面图；
23.图1c为本发明靶站结构立体第1视角图；
24.图1d为本发明靶站结构立体第2视角图；
25.图2为本发明靶基立体图；
26.图2a为本发明靶基仰视图；
27.图2b为本发明靶基俯视图；
28.图2c为本发明靶基侧视图；
29.图2d为本发明靶基尺寸图；
30.图2e为本发明靶基水槽形状对比图；
31.图3为本发明真空夹持头上表面立体图；
32.图3a为本发明真空夹持头下表面立体图；
33.图3b为本发明真空夹持头仰视图；
34.图3c为本发明图3b的b-b剖面图；
35.图3d为本发明图3d的a-a剖面图；
36.图4a为现有技术独立真空和独立冷水示意图；
37.图4b为现有技术真空和水冷内部结构示意图；
38.图4c为现有技术在靶基上制作水冷结构透明示意图；
39.图中，1：靶基；1-1：靶基上表面；1-2:靶基下表面；2：真空夹持头；2-1：真空夹持头上表面；2-2：真空夹持头侧面通孔；2-3：真空夹持头底面通孔；3：直线气缸；4：管道；5：靶基支架；
具体实施方式
40.本发明设计原理
41.本发明创新点和巧妙之处：第一、巧妙之处在于通过”l”型通孔将上下两个部分结合起来，“l”通孔贯穿下表面，一直通向靶基上水槽，”l”型通孔和靶基水槽相结合，即作为水冷空间、也作为抽真空空间；第二、靶基水槽的设计，现有技术靶基上表面是不设水槽的，靶基上方开设一个长方体空间，该长方体空间用于水冷空间。本发明的巧妙之处在于通过在靶基上表面开设水槽，用水槽作为二个”l”型通孔之间的通道，由此形成了密闭的水冷空间，如果不开设水槽，也就是靶基的上表面如果为平面，则两个”l”型通孔之间没有通道、水就会被截住，没有通道，”l”型通孔的水也就不能对靶基上表面进行水冷散热。现有技术之所以必须在靶基上表面单独开设一个水冷空间就是因为没有其它更好的办法而只能单独采用水箱的方式作为通道。本发明采用只有5.8mm高度的水槽代替了水箱，但是单独的水槽是不能代替水箱的，因为水槽只有5.8毫米高度，储水量太少散热效果差，所以本发明只能将其用作通道，而将两个“l”型通孔作为“主水箱”，“主水箱”的水源源不断流向下方的水槽，从而代替了现有技术的靶基上方独立的“储水箱”。第三、水槽齿槽宽度的设计，齿槽宽度只有1mm，使得散热面积大更加便于散热；第四、水槽两端弧线的设计。如果水槽两边是直线，水流直着打在靶基上表面会影响水流的运动形成湍流，由于形成湍流的地方距离热源中心较远(椭圆形凸起的靶材)，在距离热源中心较远形成湍流会影响到热源中心处水流的水流速度。设计水槽两边的圆弧最远处要比“l”通孔要远，也就是说水槽把“l”型通孔给包起来了，这样，“l”型通孔里出来的水流一定会引入水槽，并从另外一个“l”型通孔流出去。
42.基于以上发明原理，本发明设计了一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构。
43.一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构如图1a、1b、1c、1d所示，该靶站结构从下至上设有：靶架5、靶基1、真空夹持机构2、直线气缸3、水冷管道4；所述靶基1用于提供束流打在靶基1上所需要的靶材、靶材布设在靶基的下表面；所述靶架5用于为靶基提供倾斜的支架、使得束流从靶架5两侧穿过时束流打在靶基倾斜底面的靶材上，从而生产同位素；所述真空夹持机构2用于吸附靶基，当水冷和抽真空结束后，该真空夹持机构2在直线气缸3的作用下吸附靶基一起转移到靶架以外的热室中；
44.其特点是：所述真空夹持机构2如图3a、3b、3c、3d所示，设有一对”l”型通孔，该一对”l”型通孔向下通向靶基1上表面的水槽，该一对”l”型通孔和靶基1上表面的水槽紧密贴合形成了分时占用且共用的密封空间，该分时占用且共用的密封空间为抽真空空间和水冷空间，该分时占用且共用的密封空间使得靶站的整体高度下降了将近二分之一。
45.补充说明1：
46.通过直线汽缸3和转动汽缸(图中未画出转动汽缸)，将真空夹持机构2和靶基1一起转移到靶架以外的热室中；转动气缸的转动主体通过连接板与直线气缸的缸体固定连接，转动轴固定在靶站上，用以支撑两个气缸与真空夹持头。
47.进一步地，如图2a、2b、2c、2d、2e所示，所述一对”l”型通孔，分别沿着该真空夹持机构2的两个轴对称侧面由外到内、由前到后、由上到下穿入，并贯穿到真空夹持机构2的下表面如图3b所示，使得一对”l”型通孔的水通过其下表面的通孔流向与其紧密贴合的靶基1的水槽。
48.补充说明2：
49.图3a、3b、3c、3d所示，b-b剖面图、a-a剖面图中标记2-3代表真空夹持机构2的底面的长圆形通孔，b-b剖面图中标记2-2代表真空夹持机构2侧面的通孔。
50.进一步地，如图2c所示，所述靶基1水槽最底部是直线，两端为向上翘起的圆弧，该向上翘起的圆弧用于避免水流的运动形成湍流、便于让水流更顺畅的通过。
51.补充说明3：
52.如图2e所示，上图为水槽两端为直线示意图，下图为水槽两端为向上翘起的弧线示意图，由于上图水槽两端为直线，使得“l”通孔和水槽接触的地方有很多涡流，这些涡流距离靶基下表面椭圆处散热中心距离较远，不利于对椭圆处散热，所以必须想办法取消涡流。下图的水槽两侧为翘起的弧线，弧线起到了缓冲水流的作用，避免了在此处囤积涡流的现象，使得冷水能够顺畅流过。
53.进一步地，水槽两边的圆弧最远处要比“l”通孔要远，也就是说水槽把“l”型通孔给包起来了，这样，“l”型通孔里出来的水流一定会引入水槽，并从另外一个“l”型通孔流出去。
54.进一步地，所述靶基1为一个长120mm，宽60mm，高6.2mm的长方体基座，下表面有高0.6mm的椭圆形凸台，椭圆形凸台上布设靶材；其下表面与上表面均带有密封圈。
55.进一步地，如图2b所示，所述靶基1上表面水槽的宽度为1mm，深度为5.8mm，相邻水槽之间的距离为1mm，水槽齿数为13。
56.进一步地，所述真空夹持机构2为长120mm，宽60mm，高45mm的长方体，其底面开深槽并90度角延伸到两个轴对称侧面圆孔，其下表面与靶基1紧密贴合并配合有密封圈，顶部开深孔通过圆板、紧固螺母和固定螺钉与直线气缸(3)头部连接。
57.进一步地，所述管道4为真空夹持机构2侧面圆孔连接件，与真空夹持机构2固定配合。
58.进一步地，所述直线气缸3为推杆直线气缸，直线气缸头部与真空夹持机构2固定连接。直线气缸
59.实施例一
60.采用本发明的靶站，在靶材照射状态下与转移靶材状态下靶材的夹持装置具有不同的功能，其功能实现主要过程如下：
61.1、从传输管道运送到靶站结构，由真空夹持装置抓取靶基，此时管道接真空泵，真空夹持装置内部空间为负压状态，靶材被吸在夹持装置上。然后直线直线气缸收缩，转移靶基至靶支架。进入靶材照射状态。
62.2、如图1所示，在靶材照射状态下，直线气缸推出将靶基挤压在靶支架上，靶基与
靶支架紧密贴合，此时束流照射在靶材上。束流照射靶材过程中会放出大量的热量，此时管道接水管通冷却水给靶基降温。
63.3、靶材照射结束后，管道接真空泵，在排空冷却水之后将真空夹持装置内空间转换成负压状态，此时靶基与真空夹持装置紧密贴合，靶基被吸在真空夹持装置上。然后就可以通过直线汽缸3和转动汽缸(图中未画出转动汽缸)转移靶基到传输管道。转动气缸的转动主体通过连接板与直线气缸的缸体固定连接，转动轴固定在靶站上，用以支撑两个气缸与真空夹持头。
64.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，该靶站结构从下至上设有：靶架(5)、靶基(1)、真空夹持机构(2)、直线气缸(3)、水冷管道(4)；所述靶基(1)用于提供束流打在靶基(1)上所需要的靶材、靶材布设在靶基的下表面；所述靶架(5)用于为靶基提供倾斜的支架、使得束流从靶架(5)两侧穿过时束流打在靶基倾斜底面的靶材上，从而生产同位素；所述真空夹持机构(2)用于吸附靶基，当水冷和抽真空结束后，该真空夹持机构(2)在直线气缸(3)的作用下吸附靶基一起转移到靶架以外的热室中；其特征在于：所述真空夹持机构(2)设有一对”l”型通孔，该一对”l”型通孔向下通向靶基(1)上表面的水槽，该一对”l”型通孔和靶基(1)上表面的水槽紧密贴合形成了分时占用且共用的密封空间，该分时占用且共用的密封空间为抽真空空间和水冷空间，该分时占用且共用的密封空间使得靶站的整体高度下降了将近二分之一。2.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：所述一对”l”型通孔，分别沿着该真空夹持机构(2)的两个轴对称侧面由外到内、由前到后、由上到下穿入，并贯穿到真空夹持机构(2)的下表面，使得一对”l”型通孔的水通过其下表面的通孔流向与其紧密贴合的靶基(1)的水槽。3.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：所述靶基(1)水槽最底部是直线，两端为向上翘起的圆弧，该向上翘起的圆弧用于避免水流的运动形成湍流、便于让水流更顺畅的通过。4.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：水槽两边的圆弧最远处要比“l”通孔要远，也就是说水槽把“l”型通孔给包起来了，这样，“l”型通孔里出来的水流一定会引入水槽，并从另外一个“l”型通孔流出去。5.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：所述靶基(1)为一个长120mm，宽60mm，高6.2mm的长方体基座，下表面有高0.6mm的椭圆形凸台，椭圆形凸台上布设靶材；其下表面与上表面均带有密封圈。6.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：所述靶基(1)上表面水槽的宽度为1mm，深度为5.8mm，相邻水槽之间的距离为1mm，水槽齿数为13。7.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：所述真空夹持机构(2)为长120mm，宽60mm，高45mm的长方体，其底面开深槽并90度角延伸到两个轴对称侧面圆孔，其下表面与靶基(1)紧密贴合并配合有密封圈，顶部开深孔通过圆板、紧固螺母和固定螺钉与直线气缸(3)头部连接。8.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：所述管道(4)为真空夹持机构(2)侧面圆孔连接件，与真空夹持机构(2)固定配合。9.根据权利要求1所述一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，其特征在于：所述直线气缸(3)为推杆气缸，直线气缸头部与真空夹持机构(2)固定连接。

技术总结
本发明公开了一种水冷系统与真空夹持系统共用空间的靶站结构，包括靶架、靶基、真空夹持机构、直线气缸、水冷管道；其特点是：所述真空夹持机构设有一对”L”型通孔，该一对”L”型通孔向下通向靶基上表面的水槽，该一对”L”型通孔和靶基上表面的水槽紧密贴合形成了分时占用且共用的密封空间，该分时占用且共用的密封空间为抽真空空间和水冷空间。本发明将真空加持头内的“L”型通道、靶基上的“船”型水槽、以及分别布设在真空加持头和靶基上的密封圈有机结合起来，形成了一个密闭的水冷通道和密闭的抽真空通道、将靶站整体高度降低将近二分之一，并且结构简化、减少成本和物料、减少错误发生率。生率。生率。


技术研发人员：赵黎杰 宋国芳 邢建升 冀鲁豫 凌丽
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/10/8