一种引出极弱粒子束流的散射器的制作方法

1.本发明涉及散射器技术领域，尤其涉及一种引出极弱粒子束流的散射器。


背景技术：

2.引出极弱粒子的器是csns规划建设的高能质子束实验站的关键，引出极弱粒子的器目前只在国外的一些科研机构上应用，而对于国外的应用采用的是快速直线运动的散射棒的形式引出极弱粒子，虽然快速运动的散射棒设备也能引出极弱粒子但其结构复杂，加工成本高。
3.因为快速运动的散射棒的设备的上下轴需要高频率的上下往复运动与散裂中子源打靶频率一致(25hz)，特殊情况下提高到50hz，因此在此加速和减速过程中会对设备产生巨大的冲击产生震动不利于设备的长期稳定运行。之所以下轴需要高频率的上下往复运动是因为由于质子束功率较大，极大能量沉积会导致设备器件损毁，因此器件通常不能长时间放置在束流流经路径上。
4.其次，对轴的选材和加工要求也高，因为轴在快速的加速和减速运行过程中会产生形变和振动，为了尽可能减少形变和振动因此轴的材料需要更好的强度和加工性能同时也要有更好的加工精度，从而也提高了成本。
5.最后，对于快速运动的散射棒的设备而言，因为其运动方式的缘故决定了其主体结构在竖直方向会大，同时其重心偏高会出现头重脚轻的情况，不利于后期安装和维护。
6.因此，有必要提供一种引出极弱粒子束流的散射器解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是提供一种运行稳定、研发成本低、研发难度小的引出极弱粒子束流的散射器。
8.为解决上述技术问题，本发明提供的引出极弱粒子束流的散射器包括壳体，所述壳体上设有质子通道，所述壳体内设有散射针，所述散射针延伸至质子通道内，所述壳体包括真空腔室，所述真空腔室内转动安装有散射盘，所述散射针设在散射盘上；所述质子通道上设有缺口，所述缺口与真空腔室相连通，所述散射针能够跟随散射盘由缺口转动至质子通道内；还包括驱动结构，所述驱动结构用于驱动散射盘转动。散射针的转动周期一般与质子脉冲频率相同，相位与质子脉冲同步。对于速度极快的质子来说转动的散射针近似处于静止状态，但是散射针扫过束流时对束流的遮挡面积也在不断变化，存在上升/下降时间高斯分布，并且不会像快速运动的散射棒设备轴那样对设备产生大的冲击和震动，不需急加速、急减速而是保持与散裂中子源打靶频率一致的匀速圆周运动。
9.优选的，所述散射针位三角形状或圆锥针状。
10.优选的，还包括振动传感器和温度传感器。通过设置振动传感器和温度传感器用于监测设备运行状态，特别是温度传感器，需要实时监测设备转动体的温度情况，散射针存在被烧毁的风险，必要时停机。
11.优选的，所述散射盘包括安装位，所述安装位内固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设有丝杆导轨，所述散射针通过丝杆导轨与驱动电机传动连接。使散射针边缘与质子束流中心距离可调。
12.优选的，所述驱动结构包括无框电机和转轴，所述无框电机与转轴传动连接，所述转轴与散射盘固定连接。采用直驱结构和无框电机，无传动环节，以最大限度的提高系统动态性能。
13.优选的，还包括转动腔，所述转轴位于转动腔内，所述转动腔内设有磁流体。
14.优选的，所述转动腔内设有轴承，所述轴承的内圈与转轴固定连接。
15.优选的，所述轴承为陶瓷球轴承。
16.与相关技术相比较，本发明提供的引出极弱粒子束流的散射器具有如下有益效果：
17.1、运行时一直以一定转速做旋转运动，不需要出现急加速、急减速的状态，不会给设备带来巨大的冲击使设备更加稳定运行；
18.2、基本结构与中子斩波器类似。因此可以参考中子斩波器主体结构降低研发成本；
19.3、安装所需空间小，可直接安装在rcs环上不需要而外增加支架。
附图说明
20.图1为本发明提供的引出极弱粒子束流的散射器的一种较佳实施例的结构示意图；
21.图2为图1所示的剖视结构示意图；
22.图3为本发明中散射盘和散射针的结构示意图；
23.图4为图3所示的立体爆炸视图。
24.图中标号：1、壳体；11、真空腔室；2、质子通道；21、缺口；3、；散射针；4、散射盘；41、安装位；42、驱动电机；43、丝杆导轨；5、驱动结构；51、无框电机；52、磁流体；53、转轴；54、轴承；6、振动传感器；7、温度传感器。
具体实施方式
25.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
29.请结合参阅图1-4，引出极弱粒子束流的散射器，其基本结构与中子斩波器类似，旋转轴平行于质子束流，由散射盘4做周期性旋转，包括壳体1，壳体1上设有质子通道2，壳体1包括真空腔室11，散射盘4转动安装在真空腔室11内，质子通道2上设有缺口21，缺口21与真空腔室11相连通，散射盘4伸出端是由以钨或钛制成的散射针3，散射针3能够跟随散射盘4由缺口21转动至质子通道2内；还包括驱动结构5，驱动结构5用于驱动散射盘4转动。在束斑边缘部分切束通过几何效应引出弱质子束，环散射器的转动周期一般与质子脉冲频率相同，相位与质子脉冲同步。对于速度极快的质子来说转动的散射针近似处于静止状态，但是散射针扫过束流时对束流的遮挡面积也在不断变化，存在上升/下降时间。
30.环散射器散射针3应在要求时间内，一般为2ms，转动扫过质子束斑边缘，通过相位控制使得散射针3在质子加速至1.59gev时旋转到阻挡束流的位置，边缘质子束打在散射针3上发生散射偏离轨道，被磁铁引出，质子束流在环散射器扫过的时间内会rcs上运行约2200圈，然后在40ms时移开远离束斑中心位置，既要引出能量、强度符合要求的质子，也不能对质子打靶造成影响。
31.环散射器相较于对于快速运动的散射棒的设备而言，环散射器散器里面的散射针3不会像快速运动的散射棒设备轴那样对设备产生大的冲击和震动，不需急加速、急减速而是保持与散裂中子源打靶频率一致的匀速圆周运动。同时对于快速运动的散射棒设备通常为了降低其重心、方便安装需而外设计支架用于支撑、安装，而对于环散射器而言则不需要。
32.散射针3位三角形状或圆锥针状。
33.为了保证散射针3不损坏，该装置还包括振动传感器6和温度传感器7，利用温度传感器7和振动传感器6实时检测散射针3的状态，可以在必要时停机保护散射针3。
34.散射盘4包括安装位41，安装位41内固定安装有驱动电机42，驱动电机42的输出轴上设有丝杆导轨43，散射针3通过丝杆导轨43与驱动电机42传动连接。可以通过一定范围内平行移动调节散射针3的切束深度，来控制引出粒子强度。
35.驱动结构5包括无框电机51和转轴53，无框电机51与转轴53传动连接，转轴53与散射盘4固定连接。采用直驱结构和无框电机51，无传动环节，以最大限度的提高系统动态性能。
36.还包括转动腔，转轴53位于转动腔内，转动腔内设有磁流体52。
37.转动腔内设有轴承54，轴承54的内圈与转轴53固定连接。
38.轴承54为陶瓷球轴承。
39.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种引出极弱粒子束流的散射器，包括壳体，所述壳体上设有质子通道，所述壳体内设有散射针，所述散射针延伸至质子通道内，其特征在于：所述壳体包括真空腔室，所述真空腔室内转动安装有散射盘，所述散射针设在散射盘上；所述质子通道上设有缺口，所述缺口与真空腔室相连通，所述散射针能够跟随散射盘由缺口转动至质子通道内；还包括驱动结构，所述驱动结构用于驱动散射盘转动。2.根据权利要求1所述的引出极弱粒子束流的散射器，其特征在于，所述散射针为三角形状或圆锥针状。3.根据权利要求1所述的引出极弱粒子束流的散射器，其特征在于，还包括振动传感器和温度传感器。4.根据权利要求1-3任一项所述的引出极弱粒子束流的散射器，其特征在于，所述散射盘包括安装位，所述安装位内固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设有丝杆导轨，所述散射针通过丝杆导轨与驱动电机传动连接。5.根据权利要求4所述的引出极弱粒子束流的散射器，其特征在于，所述驱动结构包括无框电机和转轴，所述无框电机与转轴传动连接，所述转轴与散射盘固定连接。6.根据权利要求5所述的引出极弱粒子束流的散射器，其特征在于，还包括转动腔，所述转轴位于转动腔内，所述转动腔内设有磁流体。7.根据权利要求6所述的引出极弱粒子束流的散射器，其特征在于，所述转动腔内设有轴承，所述轴承的内圈与转轴固定连接。8.根据权利要求7所述的引出极弱粒子束流的散射器，其特征在于，所述轴承为陶瓷球轴承。

技术总结
本发明提供一种引出极弱粒子束流的散射器。所述引出极弱粒子束流的散射器包括包括壳体，所述壳体上设有质子通道，所述壳体内设有散射针，所述散射针延伸至质子通道内，所述壳体包括真空腔室，所述真空腔室内转动安装有散射盘，所述散射针设在散射盘上；所述质子通道上设有缺口，所述缺口与真空腔室相连通，所述散射针能够跟随散射盘由缺口转动至质子通道内；还包括驱动结构，所述驱动结构用于驱动散射盘转动。本发明提供的引出极弱粒子束流的散射器具有运行稳定、研发成本低、研发难度小的优点。优点。优点。


技术研发人员：王平 敬罕涛 蔡伟亮 于永积 张清
受保护的技术使用者：散裂中子源科学中心
技术研发日：2023.02.06
技术公布日：2023/7/28