一种用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头

摘要

本发明公开了一种用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头，该测量靶头包括前陶瓷基板和后陶瓷基板，后陶瓷基板内侧沉积金属层、用于接受束流，后陶瓷基板内侧远离靶头金属层的一端设有三条相对短的金属线，中间一条金属线为信号连接金属线，该信号连接金属线与后陶瓷基板内侧的金属层联通，两边的金属线为接地线；后陶瓷基板外侧沉积金属层作为屏蔽层；前陶瓷基板上仅在外侧沉积金属层作为屏蔽层；在前陶瓷基板上为束流入射提供了相应的束流入射通路、将后陶瓷基板和前陶瓷基板相结合成为用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头；本发明采用陶瓷基板制作靶头代替机械加工方法制作靶头，解决了机械加工成本高、废品率高的问题。

说明书

技术领域

本发明属于回旋加速器控制及测量技术领域，具体涉及一种用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头。

背景技术

近年来，回旋加速器越来越广泛的用于同位素生产、癌症治疗等方面，这其中紧凑型回旋加速器占了很大比例。紧凑型回旋加速器具有设备占用空间少、性能稳定等优点，但其结构紧凑、磁极间隙小，如何在紧凑型回旋加速器内部有限的空间实现对低能束流强度的精确测量，这对束流诊断提出了很高的要求。随着超导回旋加速器的发展，上述问题更加突出。

测量靶头用于实现低能束流强度的测量。现有技术采用机械加工制成的测量靶头，如图7所示，包括三部分：用于接收束流的束流接收金属片、将金属片放入其中并对其进行位置固定、提供屏蔽的测量靶头壳体、以及同轴电缆。

现有技术存在的问题是：第一、结构复杂，加工成本高。为了达到金属片和外围壳体之间绝缘，必须在金属片和壳体之间做绝缘隔离，图7采用前后两排陶瓷柱进行绝缘与隔离，其中，后排的2个陶瓷柱用于间隔金属片和壳体之间的距离、前排的2个陶瓷柱同时也用于隔离螺钉和金属片之间的绝缘，这种方法存在的问题是：结构复杂，加工成本高，由于陶瓷柱质地相对松软、在加工、紧固过程中废品率高，造成陶瓷柱加工成本高；第二、由于要将金属片和陶瓷柱均从壳体的一端装入，且前端需要为束流留有通路，壳体两端必须开孔而不能封闭，又由于壳体的厚度和高度尺寸相对较大，使得外壳两端开孔尺寸也比较大，由于外壳两端开孔尺寸大则电磁屏蔽效果不理想；外壳两端开孔尺寸大是因为：厚度方面需要满足绝缘的要求，必须前后间隔一定的距离；高度方面由于金属片较易下垂接触到外壳，所以外壳应该具有一定的高度，给金属片下垂留出空间。第三、采用同轴电缆，该同轴电缆的一端与束流接收金属片连接然后将束流信号引出，这种束流强度信号引出方式较为复杂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头，第一目的是解决现有技术结构复杂，加工成本高的问题，第二目的是解决电磁屏蔽效果不理想的问题，第三目的是解决束流强度信号引出方式较为复杂的问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：

一种用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头，其特点是：该测量靶头包括长方形且等尺寸的前陶瓷基板4和后陶瓷基板1，后陶瓷基板1内侧沿长度方向的一定区域内沉积金属层、金属层局部靠近后陶瓷基板1长度方向的一端接受束流，局部接收束流的金属层为靶头金属层；后陶瓷基板(1)内侧远离靶头金属层的一端设有三条相对短的金属线，中间一条金属线为信号连接金属线，该信号连接金属线与后陶瓷基板1内侧的金属层联通，两边的金属线为接地线；后陶瓷基板1外侧沉积金属层作为金属屏蔽层3；前陶瓷基板4上仅在外侧沉积金属层作为金属屏蔽层3；在前陶瓷基板4上为束流入射提供了相应的束流入射通路6、且该束流入射通路6的位置与后陶瓷基板1上靶头金属层的位置前后对应；将后陶瓷基板1和前陶瓷基板4相结合成为用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头；该靶头通过后陶瓷基板(1)的信号连接金属线与外部电子学器件连接；所述电子学器件包括真空电连接器、低噪音电缆、弱电流放大模块、数据采集模块及控制软件。

将后陶瓷基板1和前陶瓷基板4结合以后总厚度包括2毫米加上几微米,其中前陶瓷基板4、后陶瓷基板1的厚度各为1毫米，各自表面金属屏蔽层3的厚度为几个微米。

束流完全沉积于用于接受束流的金属层内，通过所述电子学器件中的弱电流放大模块将电流信号变为电压信号，所述数据采集模块获取上述电压信号，通过所述控制软件完成数据的处理和显示。

后陶瓷基板1上靶头金属层的形状、以及前陶瓷基板4上束流入射通路的形状可根据加速器的参数进行定制；靶头金属层的厚度也可根据加速器的参数进行定制。

所述加速器的参数包括束斑尺寸、圈间距参数。

所述后陶瓷基板内测设有三条边的金属边线、所述前陶瓷基板4内测相应地方同样设有三条边的金属边线，通过前、后陶瓷基板内测的金属边线以及各自外侧的金属屏蔽层3、再通过焊接的方法将前、后陶瓷基板进行贴合，从而提高电磁屏蔽效果。

本发明的优点效果

1、本发明采用陶瓷基板制作靶头代替机械加工方法制作靶头，将机械加工方法的陶瓷柱改成本发明的陶瓷基板，起到了绝缘效果，从而免去了通过机械加工陶瓷柱的方法进行金属物体之间的隔离，解决了机械加工成本高、废品率高的问题。

2、采用三边焊接前后陶瓷基板的方法，提高了电磁屏蔽效果。本发明后陶瓷基板总厚度只有2毫米+几个微米，以及前、后陶瓷基板内测的三边上均设有金属线、前后陶瓷基板外表面均设有金属屏蔽层，这些都为采用焊接方法提供了条件。采用三边焊接的方法进行靶头的屏蔽，解决了机械加工方法制作靶头、壳体两端开孔太大而使得屏蔽效果不理想的问题。

3、采用PCB板电路代替同轴电缆简化了信号引出方式。本发明采用元素替代的方法取得了预料不到的效果：用前、后陶瓷基板外表面的金属层替代同轴电缆外层的屏蔽层，用前、后陶瓷基板替代同轴电缆中间的绝缘层，用后陶瓷基板内测的束流接收金属层替代同轴电缆的内芯，元素替代以后，节省了信号引出的空间，简化了信号引出的方法，从而解决了机械加工方法制作靶头信号引出复杂的问题。

附图说明

图1是本发明测量装置靶头立体图；

图2是本发明测量靶头后陶瓷基板前视图；

图3是本发明测量靶头后陶瓷基板后视图；

图4是本发明测量靶头前陶瓷基板前视图；

图5是本发明测量靶头前陶瓷基板后视图；

图6是本发明测量靶头俯视图；

图7是现有技术测量装置靶头立体图；

图中：1-后陶瓷基板、2-金属层、3-金属屏蔽层、4-前陶瓷基板、5-束流入射方向、6-束流入射通路。

具体实施方式

本发明设计原理

1、采用陶瓷基板制作靶头代替机械加工制作靶头。现有技术采用机械加工方法制作靶头，机械加工方法采用前后两排陶瓷柱、以及外壳和金属板上的固定孔进行金属之间的隔离，通过空间上的隔离实现金属和金属之间的绝缘。由于陶瓷柱的面积很小，不能覆盖整个金属层，所以，陶瓷柱只能当做紧固装置和局部绝缘，而陶瓷柱质地相对松软、作为紧固装置时容易破碎，由此造成加工成本大、废品率高；本发明优势在于：采用陶瓷基板代替陶瓷柱，一举两得：又起到绝缘作用、又避免了陶瓷柱废品率高的问题。由于陶瓷基板面积与接收束流金属层的面积完全吻合、陶瓷基板能够完全覆盖金属层达到绝缘的效果，所以，只需要将前陶瓷基板和后陶瓷基板进行零距离贴合即可，从根本上解决了加工成本高废品率大的问题。

2、采用焊接前后陶瓷基板的方法提高了电磁屏蔽效果。现有技术由于采用机械加工的方法制作靶头，使得靶头外壳厚度和高度尺寸都不能太小，这就造成靶头外壳头尾两端开孔较大，由于靶头外壳两端开孔较大，因此屏蔽效果不理想。本发明由于前后陶瓷基板的总厚度只有2毫米+几个微米的厚度、并设有前后基板内测的三边金属边线和外侧的金属屏蔽层，因此适合对测量靶头三条边通过焊接方法实现密封。由于靶头三面焊接，解决了电磁屏蔽效果不理想的问题。

3、采用PCB板电路代替同轴电缆简化了信号引出方式。本发明PCB板电路由前、后陶瓷基板外表面金属层、以及后陶瓷基板内测的金属层组成。后陶瓷基板内测的金属层代替同轴电缆中的电缆内芯，前、后陶瓷基板外表面的金属层代替同轴电缆的屏蔽层，前后陶瓷基板代替同轴电缆中间的绝缘层。由此节省空间，解决了同轴电缆单独占用空间问题。

基于以上发明原理，本发明设计了一种用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头。

一种用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头，其特征在于，该测量靶头包括长方形且等尺寸的前陶瓷基板4和后陶瓷基板1，后陶瓷基板1内侧沿长度方向的一定区域内沉积金属层、金属层局部靠近后陶瓷基板1长度方向的一端接受束流，局部接收束流的金属层为靶头金属层；后陶瓷基板1内侧远离靶头金属层的一端设有三条相对短的金属线，中间一条金属线为信号连接金属线，该信号连接金属线与后陶瓷基板1内侧的金属层联通，两边的金属线为接地线；后陶瓷基板1外侧沉积金属层作为金属屏蔽层3；前陶瓷基板4上仅在外侧沉积金属层作为金属屏蔽层3；在前陶瓷基板4上为束流入射提供了相应的束流入射通路6、且该束流入射通路6的位置与后陶瓷基板1上靶头金属层的位置前后对应；将后陶瓷基板1和前陶瓷基板4相结合成为用于紧凑型回旋加速器内部的束流强度测量靶头；该靶头通过后陶瓷基板1的信号连接金属线与外部电子学器件连接；所述电子学器件包括真空电连接器、低噪音电缆、弱电流放大模块、数据采集模块及控制软件。

将后陶瓷基板1和前陶瓷基板4结合以后总厚度包括2毫米加上几微米,其中前陶瓷基板4、后陶瓷基板1的厚度各为1毫米，各自表面金属屏蔽层3的厚度为几个微米。

束流完全沉积于用于接受束流的金属层内，通过所述电子学器件中的弱电流放大模块将电流信号变为电压信号，所述数据采集模块获取上述电压信号，通过所述控制软件完成数据的处理和显示。

后陶瓷基板1上靶头金属层的形状、以及前陶瓷基板4上束流入射通路6的形状可根据加速器的参数进行定制；靶头金属层的厚度也可根据加速器的参数进行定制。

所述加速器的参数包括束斑尺寸、圈间距参数。

所述后陶瓷基板1内测设有三条金属边线、所述前陶瓷基板4内测相应地方同样设有三条金属边线，通过前、后陶瓷基板1内测的金属边线以及各自外侧的金属屏蔽层3、再通过焊接的方法将前、后陶瓷基板1进行贴合，从而提高电磁屏蔽效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。