一种用于重离子同步加速器剥离注入的装置

摘要

本发明公开了一种用于重离子同步加速器剥离注入的装置，包括剥离膜储藏室、剥离注入室和剥离膜传送机构；剥离膜储藏室包括真空储藏腔室、膜架转盘、膜架和第一驱动机构，膜架转盘设置在真空储藏腔室内；若干膜架沿周向均布在膜架转盘上；第一驱动机构被配置为驱动膜架转盘在真空储藏腔室内的初始位置和换膜位置之间转移；剥离注入室与真空储藏腔室连接，且其内部指定剥离注入点；剥离膜传送机构包括膜架抓取组件、传动杆、真空波纹管组件和第二驱动机构；真空波纹管组件的远端连接在真空储藏腔室上，传动杆穿设在真空波纹管组件内，传动杆的远端安装膜架抓取组件，传动杆和真空波纹管组件的近端共同连接第二驱动机构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于重离子同步加速器剥离注入的装置，属于加速器技术领域。

背景技术

目前同步加速器的注入方式主要有多圈注入、利用冷却作用辅助下的多次多圈注入、剥离注入等；采用多圈注入由于受到刘维定理的限制，注入增益一般只有15倍左右；采用多次多圈可以实现较大的束流增益，但需要相空间冷却装置，例如电子冷却，随机冷却等，该冷却装置技术难度较大，造价较高，不适合在医用重离子装置上使用；而剥离注入是通过使束流打在剥离膜上，使束流的核外电子发生丢失从而改变束流的运行轨迹，实现束流注入的方法。剥离注入可较易实现40、50倍以上的注入增益，适合在医用重离子加速器装置上使用。

在同步加速器中，注入线提供的非全剥离重离子束注入到同步加速器过程中，会经二极铁偏转到剥离碳膜位置，剥离后的重离子束注入并填充同步加速器，在同步加速器中做回旋运动。注入剥离点在二级铁内部的扁真空室内，二极铁外部剥离碳膜初始位置与注入剥离点距离跨度达1200mm。为了减小对磁铁本身性能的影响，要求磁铁侧面开孔尽量小，直径最大56mm。除去穿过磁铁侧孔的管道壁厚，内部有效孔径只有50mm，要求碳膜的有效面积达到40mm以上，因此整个膜架在管道内部上下的有效间隙只有2-3mm左右。

在上述剥离注入处空间位置十分有限且加速器真空为超高真空的情况下，现有的用于重离子同步加速器剥离注入的装置在每次更换碳膜时需要加速器停机、破真空、重新抽真空，而且将剥离碳膜从初始位置送至注入剥离点，需要跨度1200mm，且膜架有效间隙仅为2-3mm，靶杆的变形、运动不平稳等都会造成靶头触碰到管道壁损坏碳膜，这严重影响加速器的运行效率，大大增加了加速器的运行成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种用于重离子同步加速器剥离注入的装置，该装置能够将剥离膜穿过二级铁内部狭小空间送入束流剥离注入点，一次可安装装载多片碳膜，在不破坏真空环境的情况下远程自动更换碳膜，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本，提高加速器的运行效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于重离子同步加速器剥离注入的装置，包括剥离膜储藏室、剥离注入室和剥离膜传送机构；

所述剥离膜储藏室包括真空储藏腔室、膜架转盘、膜架和第一驱动机构，所述膜架转盘设置在所述真空储藏腔室内；若干所述膜架沿周向均布并活动设置在所述膜架转盘上，每一所述膜架上贴附有剥离膜；所述第一驱动机构与膜架转盘连接，并被配置为驱动所述膜架转盘在所述真空储藏腔室内的初始位置和换膜位置之间转移；

所述剥离注入室与真空储藏腔室连接，所述剥离注入室内部指定剥离注入点；

所述剥离膜传送机构包括膜架抓取组件、传动杆、真空波纹管组件和第二驱动机构；所述真空波纹管组件的远端密封连接在所述真空储藏腔室上，所述传动杆穿设在所述真空波纹管组件内，所述传动杆、剥离注入点和换膜位置位于同一直线上，所述传动杆的远端安装所述膜架抓取组件，所述传动杆和真空波纹管组件的近端共同连接所述第二驱动机构；所述第二驱动机构被配置为驱动所述真空波纹管组件作线性伸缩运动，以带动所述传动杆连同膜架抓取组件在所述真空储藏腔室内的换膜位置抓取粘附有所需剥离膜的膜架，并将粘附有所需剥离膜的膜架传送至剥离注入点。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述膜架转盘包括环形盘件以及沿周向间隔均布在所述环形盘件上的若干U型卡槽，所述膜架能够相对于所述环形盘件轴向运动地滑出或卡入U型卡槽内。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述膜架包括固定座和膜框，所述固定座的前端能够活动配合于所述膜架转盘上，所述固定座的后端能够与所述膜架抓取组件活动配合；所述膜框可拆卸地连接在固定座上，所述膜框为单边开口的U型框，开口背离所述固定座的方向，剥离膜粘附在所述膜框上；

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述固定座的前端一侧开设楔形槽，所述膜架插置于所述膜架转盘上的U型卡槽内，所述U型卡槽的内侧壁位于楔形槽内。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述膜架抓取组件包括前部开设嵌槽的连接块，以及设置在所述嵌槽内部的卡紧件，所述卡紧件被配置为在所述膜架的后端插入所述嵌槽时将所述膜架卡紧。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述嵌槽包括形成于连接块的前端中部的第一嵌槽，对称形成于所述连接块的前端两侧的两第二凸字型凹槽，所述第二凸字型凹槽与第一嵌槽连通；所述卡紧件包括两弹片，分别设置在两所述第二凸字形凹槽内，每一所述弹片包括卡紧端和连接端，所述连接端固定在所述第二凸字形凹槽内，所述卡紧端的部分伸入所述第一嵌槽内。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述传动杆的前端四周均匀设置有滚动轴承，至少为四组；

所述真空波纹管组件和真空储藏腔室之间设置工字管支撑组件，所述工字管支撑组件包括中间管以及连接在所述中间管两端的两法兰盘，所述法兰盘的中心圆直径大于所述中间管的内径，在所述法兰盘内且绕所述中间管的圆周方向间隔设置四组滚动轴承，所述滚动轴承径向可调地安装在所述法兰盘的中心圆内。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述真空储藏腔室与剥离注入点所在的剥离注入室连通，且连通位置处设置插板阀；

所述真空储藏腔室侧面和真空波纹管组件的尾部均安装有真空离子泵；所述真空储藏腔室上设置抽口，抽口处安装有微调阀门，用来连接分子泵和机械泵。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，所述第二驱动机构包括驱动电机、传动组件和基座；所述传动组件包括丝杠组件和导轨滑块组件，导轨设置在所述基座上，滑块滑动连接在所述导轨上，丝杆与所述滑块螺纹配合；所述驱动电机设置基座上，并与所述丝杆连接；所述传动杆和真空波纹管组件的近端连接所述滑块；

所述第二驱动机构还包括前限位组件、后限位组件和位移检测组件，前限位组件和后限位组件沿导轨的长度方向间隔设置在所述基座上，并被配置为对滑块沿导轨的运动进行限位；所述位移检测组件与所述滑块连接，被配置为检测滑块的位移。

所述的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，优选地，还包括支架，所述支架包括上支架、下支架和支撑调节机构；所述支撑调节机构连接在上支架和下支架之间，并被配置为驱动所述上支架相对于下支架在三维坐标系上运动；

所述用于重离子同步加速器剥离注入的装置还包括控制系统，与所述第一驱动机构和第二驱动机构，被配置为控制整个装置的运行；

所述剥离膜采用碳膜，碳膜有效面积大于40mmx40mm，厚度为10ug/cm

所述真空储藏腔室采用圆形结构，所述真空储藏腔室的侧壁上设置有真空观察窗和摄像头组件，顶部设置可拆卸观察窗。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明提供的用于重离子同步加速器剥离注入的装置。

1、该装置拥有剥离膜储藏室，储藏室的内部设置有膜架转盘，膜架转盘设置有多个卡槽，一次操作可安装多个碳膜，通过膜架转盘的上升运动和旋转运动、以及第二驱动机构前后移动，实现膜架抓取件对所需的碳膜抓取与更换，可实现在不破坏真空环境的情况下远程自动更换碳膜，并将碳膜传送至剥离注入点，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本，提高加速器的运行效率。

2、该装置的真空储藏腔室的侧壁设置有真空观察窗、反光镜与摄像头组件，摄像头通过反光镜可远程观测真空腔体内部碳膜的状态，不需要进行人员现场检查。

3、该装置采用插板阀将同步加速器主环真空与剥离膜储藏室以及剥离膜线性传送机构真空隔离，可在剥离膜储藏室装膜时不需要对主环破真空，只需将剥离膜储藏室以及剥离膜线性传送机构单独破真空即可。此外，储藏室采用微调阀连接分子泵和机械泵，微调阀门可以有效降低抽气和放气时候气流对碳膜的冲击，有效保证碳膜的完整性。

4、该装置的真空波纹管组件前端安装用于支撑传动杆的工字管支撑组件，同时传动杆前端四周设置有滚动轴承组，当传动杆带动碳膜进入二极铁真空室细管道时，能够对传动杆支撑有效支撑限位作用，防止因为传动杆的变形或抖动导致碳膜膜架触碰到管道壁而造成碳膜的损坏，将碳膜平稳安全送至狭小真空内部指定的剥离注入点。

综上，本发明提供的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，可实现碳膜在狭小空间的大距离输送，拥有位置精度高和较高装载量的优点，能够在不破坏真空环境的情况下可远程更换不同碳膜，具有结构简单、使用方便、可靠性高、工作效率高以及成本低的特点，可为同步加速器的剥离注入提供可靠的服务。

附图说明

图1是本公开一实施例提供的一种用于重离子同步加速器剥离注入的装置的总示意图；

图2是本公开一实施例提供的一种束流剥离注入的装置的主视图；

图3是本公开一实施例提供的一种束流剥离注入的装置在加速器同步环中的安装示意图；

图4是本公开一实施例提供的剥离膜储藏室的结构示意图；

图5是本公开一实施例提供的剥离膜储藏室俯视剖视图；

图6是本公开一实施例提供的装有若干膜架的膜架转盘的结构示意图；

图7是本公开一实施例提供的膜架的结构示意图；

图8是本公开一实施例提供的膜架抓取组件的结构示意图；

图9是本公开一实施例提供的膜架抓取组件的剖视图；

图10是本公开一实施例提供的膜架抓取组件中的卡紧件的结构示意图；

图11是本公开一实施例提供的真空波纹管组件和传动杆的示意图；

图12是本公开一实施例提供的传动杆的局部示意图；

图13是本公开一实施例提供的工字管支撑组件的示意图；

图14是本公开一实施例提供的第二驱动机构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”“内”、“外”、“横”、“竖”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系统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。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～3所示，本公开实施例提供一种用于重离子同步加速器剥离注入的装置，包括剥离膜储藏室1、剥离注入室2和剥离膜传送机构3；

如图4～6所示，剥离膜储藏室1包括真空储藏腔室11、膜架转盘12、膜架13和第一驱动机构14，膜架转盘12设置在真空储藏腔室11内；若干膜架13沿周向均布并活动设置在膜架转盘12上，每一膜架13上贴附有剥离膜；第一驱动机构14与膜架转盘12连接，并被配置为驱动膜架转盘12在真空储藏腔室11内的初始位置和换膜位置之间转移；

剥离注入室2与真空储藏腔室11连接，剥离注入室2内部指定剥离注入点；

如图7～9所示，剥离膜传送机构3包括膜架抓取组件31、传动杆32、真空波纹管组件33和第二驱动机构34；真空波纹管组件33的远端密封连接在真空储藏腔室11上；传动杆32穿设在真空波纹管组件33内，传动杆32、剥离注入点和换膜位置位于同一直线上；传动杆32的远端安装膜架抓取组件31，传动杆32和真空波纹管组件33的近端共同连接第二驱动机构34；第二驱动机构34被配置为驱动真空波纹管组件33沿线性伸缩运动，以带动传动杆32连同膜架抓取组件31在真空储藏腔室11内的换膜位置抓取粘附有所需剥离膜的膜架13，并粘附有所需剥离膜的膜架13传送至剥离注入室2内部指定的剥离注入点。

在一些实施例中，如图4、5所示、真空储藏腔室11采用圆形结构，真空储藏腔室11的侧壁上设置有真空观察窗111和摄像头组件112，顶部设置大面积可拆卸观察窗113，方便剥离膜的安装以及外部光线的进入，便于侧面摄像头组件远程观测真空储藏腔室11内部剥离膜的状态。

上述实施例中，优选地，如图5、6所示，膜架转盘12包括环形盘件121以及沿周向间隔均布在环形盘件121上的若干U型卡槽122，膜架13能够相对于环形盘件121轴向运动地滑出或卡入U型卡槽122内。工作时，膜架转盘12连同装载其上的若干膜架13在第一驱动机构14驱动下由初始位置移动至换膜位置，第二驱动机构34驱动传动杆32连同安装其远端的膜架抓取组件31运动至真空储藏腔室11内的换膜位置，膜架抓取组件31抓取膜架13，第一驱动机构14驱动膜架转盘12连同其上剩余膜架13退回初始位置，第二驱动机构34则继续驱动传动杆32、膜架抓取组件31以及膜架13运动至剥离注入室2内的指定剥离注入点。

上述实施例中，优选地，U型卡槽122的开口处设置倒角，下部相应收紧，保证膜架13的顺利卡入。

上述实施例中，优选地，如图6、图7所示，膜架13包括固定座131和膜框132，固定座131的前端能够活动配合于膜架转盘12上，固定座131的后端能够与膜架抓取组件31活动配合；膜框132可拆卸地连接在固定座131上，膜框132为单边开口的U型框，开口背离固定座131的方向，剥离膜粘附在膜框132上。粘附有剥离膜的膜框132被传送至剥离入射室2内的指定剥离注入点时，开口朝回旋轨道方向，可有效避免金属边框对回旋束流的影响。具体地，固定座131的前端一侧开设楔形槽133，膜架13插置于膜架转盘12上的U型卡槽122内，U型卡槽122的内侧壁位于楔形槽133内，由此使得膜架13能够相对于环形盘件121轴向运动地滑出或卡入U型卡槽122内。

上述实施例中，优选地，第一驱动机构14包括转动机构和升降机构，转动机构与膜架转盘12连接，并被配置为驱动膜架转盘12在真空储藏腔室11作旋转运动，升降机构与转动机构连接，并被配置为驱动转动机构连同膜架转盘12相对于真空储藏腔室11作上下运动；由此工作时，利用升降机构驱动转动机构和膜架转盘12运动，然后利用转动机构驱动膜架转盘12转动，使得膜架转盘12上粘附有所需剥离膜的膜架13与膜架抓取组件31对齐，即使得膜架转盘12由初始位置运动至换膜位置，膜架抓取组件向前移动31抓取贴附有所需剥离膜的膜架13后，升降机构驱动膜架转盘12退回初始位置，线性驱动机构34继续驱动传动杆32、膜架抓取组件31以及膜架13运动至剥离注入室2内的指定剥离注入点。转动机构和升降机构的具体结构在专利201410093585.6中已经公开，此处不做赘述。

上述实施例中，优选地，如图8～10所示，膜架抓取组件31包括前部开设嵌槽310的连接块311，以及设置在嵌槽310内部的卡紧件312，卡紧件312被配置为在膜架13的后端插入嵌槽310时将膜架13卡紧，从而防止膜架13在传送和换膜过程中发生晃动或掉落。

上述实施例中，优选地，如图9所示，嵌槽310包括形成于连接块311的前端中部的第一嵌槽3111，对称形成于连接块311的前端两侧的两第二凸字型凹槽3112，第二凸字型凹槽3112与第一嵌槽3111连通；卡紧件312包括两弹片，分别设置在两第二凸字形凹槽3112内，每一弹片包括卡紧端3121和连接端3122，连接端3122固定在第二凸字形凹槽3112内，卡紧端3121的部分伸入第一嵌槽内。由此，当膜架13的后端插入第一嵌槽3111内时，两弹片的卡紧端3121夹紧在模架13的后端的两侧，牢靠固定膜架13，防止膜架13在传送和换膜过程中发生晃动或掉落。

上述实施例中，优选地，如图10所示，卡紧端3121为形成于弹片的一端的V型弯折段，V型弯折段的底部尖端伸入第一嵌槽内。

上述实施例中，优选地，固定座131的截面呈楔形，第一嵌槽与固定座131的形状相适配，以方便固定座131与膜架抓取组件31的配合。

上述实施例中，优选地，如图12所示，传动杆32的前端四周均匀设置有滚动轴承35，至少为四组，当传动杆32带动粘附有剥离膜的膜架13进入二极铁真空室细管道时，滚动轴承35与管道内部配合起到支撑限位作用，防止因传动杆32的变形或者抖动导致膜架触碰到管道壁造成剥离膜的损坏。滚动轴承35与管道内壁有一定的间隙，在足够小的变形下时不接触，当较大变形或者抖动时滚动轴承35接触到管道内部，起到限位与导向的作用，有效保护剥离膜。

上述实施例中，优选地，如图13所示，真空波纹管组件33和真空储藏腔室11之间设置工字管支撑组件36，工字管支撑组件36包括中间管361以及连接在中间管361两端的两法兰盘362，法兰盘362的中心圆直径大于中间管361的内径，在法兰盘362内且绕中间管361的圆周方向间隔设置四组滚动轴承，滚动轴承径向可调地安装在法兰盘362的中心圆内，由此可根据需要调整滚动轴承的位置，为传动杆32提供有效支撑，避免传动杆32在传送剥离膜时发生抖动或位置偏移等问题。

上述实施例中，优选地，如图11所示，真空波纹管组件33包括真空波纹管331以及安装在真空波纹管331两端的连接法兰332。

上述实施例中，优选地，如图14所示，第二驱动机构34包括驱动电机341、传动组件342和基座343，传动组件342包括丝杠组件和导轨滑块组件，导轨设置在基座343上，滑块滑动连接在导轨上，丝杆与滑块螺纹配合，驱动电机341设置基座343上，并与丝杆连接；传动杆32和真空波纹管组件33的近端连接在滑块上。

上述实施例中，优选地，第二驱动机构34还包括前限位组件、后限位组件和位移检测组件，前限位组件和后限位组件沿导轨的长度方向间隔设置在基座343上，并被配置为对滑块沿导轨的运动进行限位；位移检测组件与滑块连接，被配置为检测滑块的位移，进而实现膜架13位置信息的实时反馈，继而可实时监测的剥离膜位置信息。

上述实施例中，优选地，如图1、图2所示，该用于重离子同步加速器剥离注入的装置还包括支架4，支架4包括上支架41、下支架42和支撑调节机构43；支撑调节机构43连接在上支架41和下支架42之间，并被配置为驱动上支架41相对于下支架42在三维坐标系上运动，从而实现整个装置在安装时的位置调节，方便装置的安装对接，并对装置起到长期支撑作用。

上述实施例中，优选地，该用于重离子同步加速器剥离注入的装置还包括控制系统，与第一驱动机构14和第二驱动机构34，被配置为控制整个装置的运行，实现剥离膜的远程自动更换，并将剥离膜送至剥离注入室2内部指定的剥离注入点。

上述实施例中，优选地，如图1、图5所示，真空储藏腔室11侧面和真空波纹管组件33的尾部均安装有真空离子泵15；真空储藏腔室11上设置抽口，抽口处安装有微调阀门16，用来连接分子泵和机械泵，微调阀门16可以有效降低抽气和放气时气流对剥离膜的冲击，有效保证剥离膜的完整性，整个装置可获得极高的真空度，满足同步加速器极高真空的要求。

上述实施例中，优选地，如图1所示，真空储藏腔室11与剥离注入室2的连接处设置插板阀5，插板阀5被配置为隔离剥离注入室2和真空储藏腔室11，当需要对装置进行检修或装膜时，将插板阀5关闭，仅单独对剥离膜储藏室1和剥离膜传送机构3进行破真空，且可在短时间内回复极高真空，进而不会影响剥离注入室2，即不影响同步加速器的运行，大大提高加速器的运行效率。

上述实施例中，优选地，剥离膜采用碳膜，碳膜有效面积大于40mmx40mm，厚度为10ug/cm

上述实施例中，优选地，剥离注入室2为同步加速器的同步环二级铁内的束线真空室，二极铁侧面开设与束线真空室连通的真空管道，真空储藏腔室11通过真空细管与真空管道连通。

本公开实施例提供的用于重离子同步加速器剥离注入的装置，在使用时，剥离膜储藏室1的膜架转盘12上装载有多个膜架13，多个膜架13可贴附不同厚度规格的碳膜；通过第一驱动机构14驱动膜架转盘12的上升运动和旋转运动，以及第二驱动机构34驱动传动杆32连同膜架抓取组件31作线性运动，实现贴附有所需碳膜的膜架13的抓取与更换；第二驱动机构34继续驱动真空波纹管组件33作收缩运动，带动传动杆32连通贴附有所需碳膜的膜架13作线性运动，穿过二极铁内部真空管道，将碳膜送至剥离注入室2内部指定的剥离注入点。束流通过碳膜时核外电子被剥离，在二极铁的磁场作用下运动轨迹发生变化进而注入同步环，实现束流的剥离注入。该装置能够将超薄剥离膜通过二级铁内部真空管道送入束线真空室内部的剥离注入点，在不破坏真空环境的情况下远程自动换膜，一次安装可装载多片碳膜，大大提高工作效率，降低加速器的运行成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。