一种用于粒子加速器的环形真空管道及其加工工艺

摘要

本发明公开了一种用于粒子加速器的环形真空管道及其加工工艺，环形真空管道包括：呈弧形形状的多个真空管，和固定于各真空管上的介质管；真空管和介质管均由奥氏体不锈钢材质制成；真空管用于提供真空环境，以供带电粒子束流通过；介质管的两端分别设有连通至其内部的输入管和输出管，输入管外接用于产生冷却介质的冷却装置，输出管外接用于回收冷却介质的回收装置；所述多个真空管依次首端和尾端相连，形成环形形状。介质管内循环流动的冷却介质可有效对真空管进行降温，避免带电粒子束流打在真空管上产生的大量的热负载损坏真空管，同时，可有效降低磁铁产生的涡流效应，提高带电粒子束流输运的稳定性。

说明书

技术领域

本申请涉及粒子加速器的真空系统领域，具体涉及一种用于粒子加速器的环形真空管道及其加工工艺。

背景技术

同步辐射光源是指产生同步辐射的物理装置，它是一种利用相对论性电子(或正电子)在磁场中偏转时产生同步辐射的高性能新型强光源。真空管道是同步辐射光源的重要部件，同步辐射光打在真空管道的内壁上会产生大量的热负载。同时传统的真空盒材料多采用高磁导率和高电导率的材料制作，易在磁铁的作用下产生涡流效应。

发明内容

本发明提供一种用于粒子加速器的环形真空管道及其加工工艺，以降低真空管道产生的热负载。

根据本申请的第一方面，本申请提供了一种用于粒子加速器的环形真空管道，包括：呈弧形形状的多个真空管，和固定于各所述真空管上的介质管；所述真空管和所述介质管均由奥氏体不锈钢材质制成；所述真空管用于提供真空环境，以供带电粒子束流通过；所述介质管的两端分别设有连通至其内部的输入管和输出管，所述输入管外接用于产生冷却介质的冷却装置，所述输出管外接用于回收冷却介质的回收装置，所述冷却介质从所述输入管流入到所述介质管内，从所述输出管流出；所述真空管靠近所述输入管的一端为首端，靠近所述输出管的一端为尾端；所述多个真空管依次首端和尾端相连，形成环形形状。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，各所述介质管的长度方向均沿与其对应的真空管的长度方向延伸，且各所述介质管的长度均小于与其对应的的所述真空管的长度。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，各所述真空管的中心线的连线所形成的圆，重合于各所述介质管的中心线的连线所形成的圆，且两圆的圆心重合。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，各所述真空管的中心线的连线所形成的圆的半径长度，小于各所述介质管的中心线的连线所形成的圆的半径长度。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，各所述介质管的中心线的连线所形成的圆的圆心与所述介质管长度方向的中心的连线经过所述真空管长度方向的中心。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，所述真空管的首端和尾端设有法兰盘；在所述多个真空管相邻的两所述真空管中，一所述真空管首端的法兰盘和与一所述真空管首端相邻的另一所述真空管尾端的法兰盘固定连接。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，所述真空管沿垂直于其中心线方向的截面为椭圆形，截面为椭圆形的所述真空管的壁厚为0.5mm～0.8mm，内径长轴的长度为30mm～60mm，内径短轴的长度为20mm～50mm。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，所述介质管的两端具有开口，两端所述开口上还设有用于封堵开口的堵头。

所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其中，所述介质管沿垂直于其中心线方向的截面为U型形状，截面为U型形状的所述介质管的壁厚为0.8mm～1.5mm，其两侧沿焊接固定于所述真空管的外壁上。

根据本申请的第二方面，本申请还提供了一种用于粒子加速器的环形真空管道的加工工艺，所述加工工艺用于加工所述的用于粒子加速器的环形真空管道，其包括如下步骤：

对截面为圆形的管道进行打压检漏，以检测其是否漏气；所述截面为圆形的管道的周长与截面为椭圆形的真空管的周长相等，所述截面为圆形的管道的长度与所述多个真空管的长度之和相等；

将所述截面为圆形的管道滚弯成环形形状，所述环形的中心线与截面为椭圆形的真空管的中心线重合；

将所述截面为圆形的管道压制成截面为椭圆形，并等分切割成多个，以得到所述真空管；

将宽度等于U型形状的介质管的周长，长度等于U型形状的介质管的长度的板材压制成U型形状的介质管，在介质管的两端焊接堵头，在介质管的外壁上焊接输入管和输出管；

在U型形状的介质管的两侧沿上线切割出与真空管的贴合面，并通过塞尺检测该贴合面与真空管的外壁之间的间隙是否小于0.05mm；

通过氩弧焊的方式将介质管的贴合面点焊在真空管的外壁上，通过激光焊的方式对点焊后的介质管与真空管的外壁进行焊接；

在所述真空管的两端通过氩弧焊焊接法兰盘；

通过法兰盘将所述多个真空管依次首尾连接，得到所述环形真空管道；

对所述真空管进行氦质谱真空捡漏，对所述介质管进行水压检漏，对所述环形真空管道通过三坐标测量仪进行尺寸测量。

本发明的有益效果是：

本申请所提供的用于粒子加速器的环形真空管道及其加工工艺，所述的环形真空管道采用多个真空管进行组装形成环形形状，易于加工、且制造成本低。在各真空管上焊接固定介质管，以供冷却介质循环流动，从而对带电粒子束流打在真空管上产生的大量的热负载进行降温，避免损坏真空管，从而延长真空管的使用寿命。真空管和介质管均采用低磁导率和低电导率的奥氏体不锈钢材质制成，可有效降低磁铁产生的涡流效应，提高带电粒子束流输运的稳定性。

附图说明

图1为本申请提供的用于粒子加速器的环形真空管道的结构示意图；

图2为单个真空管和介质管的结构示意图；

图3为图2A-A向的剖视图；

图4为图2的局部放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一、

参见图1和图2所示，本实施例提供了一种用于粒子加速器的环形真空管道，包括：呈弧形形状的多个真空管10和固定于各所述真空管10外壁上的介质管20。真空管10用于提供真空环境，以供带电粒子束流通过。在介质管20的两端分别设有连通至介质管20内部的输入管21和输出管22，输入管21外接用于产生冷却介质的冷却装置，输出管22外接用于回收冷却介质的回收装置，冷却装置所产生的冷却介质经输入管22流入到介质管20内，再经输出管22流出至回收装置进行回收，以达到冷却介质的循环利用。

前述的真空管10靠近输入管21的一端为首端，靠近输出管21的一端为尾端。所述多个真空管10依次通过首端和尾端相连，形成环形形状，即形成为本环形真空管道。可以理解的是，所述多个真空管10为一闭合的环形管路等分裁切后形成，如此，在加工真空管的过程中，便可简化制作工艺，提高加工效率。

真空管10在真空装置的作用下在其内部产生一定真空度的真空环境，粒子加速器产生带电粒子束流，带电粒子束流在真空管10内部进行输运。带电粒子束流在环形真空管道内输运的过程中，带电粒子束流打在真空管10上，使得真空管10产生大量的热负载，而影响真空管10的使用。通过在每个真空管10上设置介质管20，冷却介质经输入管21和输出管22在介质管20中循环流动，从而对产生热负载的真空管10进行降温，避免大量的热负载损坏真空管10，以延长真空管的使用寿命。

本实施例中的环形真空管道应用在粒子加速器中，其周围存在大量磁铁，带电粒子束流在环形真空管道中运动时，会在真空管道的管壁上激发感应电荷，通过磁铁的作用，会产生涡流效应，即产生感应电流，影响带电粒子束流的输运。因此，真空管10和介质管20均采用奥氏体不锈钢材质制成，优选的，采用304不锈钢或316L不锈钢材质制成。304不锈钢或316L不锈钢均具有高强度、低磁导率和低电导率，受磁铁的影响较小，且易于加工、制造成本低。

本申请中，各介质管20的长度方向均沿与其对应的真空管10的长度方向延伸，且各介质管20的长度均小于与其对应的真空管10的长度。受粒子加速器安装空间大小的限制，各真空管10的中心线的连线所形成的圆，重合于各固定于各真空管10上的介质管20的中心线的连线所形成的圆，且两圆的圆心重合。同时，各介质管20均安装固定在于各介质管20所对应的真空管10的外侧，即各真空管10的中心线的连线所形成的圆的半径长度，小于各固定于各真空管10上的介质管20的中心线的连线所形成的圆的半径长度。再者，为提高冷却介质的降温效果，介质管20的中心与真空管10的中心对齐，即各介质管20的中心线的连线所形成的圆的圆心与所述介质管长度方向的中心的连线经过真空管10长度方向的中心。

本实施例所提供的用于粒子加速器的环形真空管道，真空管10的首端和尾端都设有法兰盘11，在所述多个真空管10相邻的两所述真空管10中，一所述真空管10首端的法兰盘11和与一所述真空管10首端相邻的另一所述真空管10尾端的法兰盘固定连接，依次连接各个真空管10，即得到本环形真空管道。

前述的真空管10沿垂直于其中心线方向的截面为椭圆形，截面为椭圆形的真空管10的壁厚为0.5mm～0.8mm，内径长轴的长度为30mm～60mm，内径短轴的长度为20mm～50mm。

本实施例中，介质管20沿垂直于其中心线方向的截面为U型形状，截面为U型形状的所述介质管20的两端具有开口，其两侧沿焊接固定于真空管10的外壁上，两端所述开口上还设有用于封堵开口的堵头23。优选的，介质管20的壁厚为0.8mm～1.5mm。

实施例二、

本实施例提供了一种用于粒子加速器的环形真空管道的加工工艺，该加工工艺用于加工实施例一中的用于粒子加速器的环形真空管道，其包括如下步骤：

对截面为圆形的管道进行打压检漏，以检测其是否漏气。其中，截面为圆形的管道的周长与截面为椭圆形的真空管的周长相等，且截面为圆形的管道的长度与所述多个真空管的长度之和相等。

将截面为圆形的管道滚弯成环形形状，具体的是，通过滚弯机对其进行滚弯。其中，环形的中心线与截面为椭圆形的真空管的中心线重合。

将所述截面为圆形的管道压制成截面为椭圆形，并等分切割成多个，以得到所述多个真空管。具体的是，通过具有两个内凹成半个椭圆型凹槽的模具将截面为圆形的管道压制成截面为椭圆形。

将宽度等于U型形状的介质管的周长，长度等于U型形状的介质管的长度的板材压制成U型形状的介质管，在介质管的两端焊接堵头，以封堵，在介质管的外壁上焊接输入管和输出管。

在U型形状的介质管的两侧沿上线切割出与真空管的贴合面，并通过塞尺检测该贴合面与真空管的外壁之间的间隙是否小于0.05mm；

通过氩弧焊的方式将介质管的贴合面点焊在真空管的外壁上，通过激光焊的方式对点焊后的介质管与真空管的外壁进行焊接；

在所述真空管的两端通过氩弧焊焊接法兰盘；

通过法兰盘将所述多个真空管依次首尾连接，得到所述环形真空管道；

对所述真空管进行氦质谱真空捡漏，对所述介质管进行水压检漏，对所述环形真空管道通过三坐标测量仪进行尺寸测量。

综上所述，本申请所提供的用于粒子加速器的环形真空管道，采用多个真空管进行组装形成环形形状，易于加工、且制造成本低。在各真空管上焊接固定介质管，以供冷却介质循环流道，从而对带电粒子束流打在真空管上产生的大量的热负载进行降温，避免损坏真空管，从而延长真空管的使用寿命。真空管和介质管均采用低磁导率和低电导率的奥氏体不锈钢材质制成，可有效降低磁铁产生的涡流效应，提高带电粒子束流输运的稳定性。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。