一种带吸收片的中子束窗制造技术

本实用新型专利技术公开一种带吸收片的中子束窗，包括高真空腔体、低真空腔体和可调式吸收片组件，高真空腔体与低真空腔体之间设有薄壁曲面窗体；高真空腔体和低真空腔体的相接处，高真空腔体带有第一法兰，低真空腔体带有第二法兰，第一法兰和第二法兰之间通过第一快卸链条固定连接；低真空腔体内设有至少一组可调式吸收片组件，可调式吸收片组件的下端设置吸收片；低真空腔体的顶面设有通孔，可调式吸收片组件下端的吸收片从通孔处伸入至低真空腔体内部；通孔处，低真空腔体带有第四法兰，可调式吸收片组件上设有第三法兰，第四法兰和第三法兰之间通过第二快卸链条固定连接。本带吸收片的中子束窗使用灵活、可实现快速装卸、便于设备维护。

A neutron beam window with absorber

【技术实现步骤摘要】
一种带吸收片的中子束窗
本技术涉及散裂中子源
，特别涉及一种带吸收片的中子束窗。
技术介绍
在中国散裂中子源，高能质子束轰击钨靶产生中子散射，部分中子将沿入射质子束的相反方向散射，而这些散射的中子将作为白光中子源进行充分利用，称之为反角白光中子源。反角白光中子源中子束与质子加速器的质子束都运行在真空管道中，中子束线管道与质子束线管道的真空度差别较大，且由于实验需求，中子束线管道经常要破坏真空条件暴露在大气中，因此，在反角白光中子源的束线上游设置中子束窗，以此来隔离两段具有不同真空度的真空区间，而中子束却能顺利透过中子束窗。为对中子束能谱产生特定的吸收峰，可在中子束窗下游设置不同材料的吸收片，或选择不同的吸收片材料组合。在实际使用中，由于中子束窗整台设备是放置在粒子加速器隧道中的，所以设备维护时，操作人员需要暴露在低剂量放射环境中，因此，对于该设备中关键部件的快速装卸和维护就显得尤为重要。此外，如何提高该设备中关键部件(如薄壁曲面窗体、吸收片等)的寿命及使用的灵活性，也对中子束窗有着至关重要的影响。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用灵活、可实现快速装卸、便于设备维护的带吸收片的中子束窗。本技术的技术方案为：一种带吸收片的中子束窗，包括高真空腔体、低真空腔体和可调式吸收片组件，高真空腔体与低真空腔体之间设有薄壁曲面窗体；高真空腔体和低真空腔体的相接处，高真空腔体带有第一法兰，低真空腔体带有第二法兰，第一法兰和第二法兰之间通过第一快卸链条固定连接；低真空腔体内设有至少一组可调式吸收片组件，可调式吸收片组件的下端设置吸收片；低真空腔体的顶面设有通孔，可调式吸收片组件下端的吸收片从通孔处伸入至低真空腔体内部；通孔处，低真空腔体带有第四法兰，可调式吸收片组件上设有第三法兰，第四法兰和第三法兰之间通过第二快卸链条固定连接。所述高真空腔体和低真空腔体的相接处，第一法兰和第二法兰的相接处均带有向外凸出的锥面凸缘；第一快卸链条包括交替连接的链板和夹块，各夹块中部设有锥面凹槽；第一法兰和第二法兰相接后，两个锥面凸缘嵌于各夹块的锥面凹槽内，第一快卸链条的两端通过螺栓锁紧固定，使其形成固定于第一法兰和第二法兰外周的圆环状。所述第二快卸链条的结构与第一快卸链条的结构相同，但长度不同。与第一快卸链条的连接方式相同，第三法兰和第四法兰的相接处均带有向外凸出的锥面凸缘，第三法兰和第四法兰相接后，两个锥面凸缘嵌于第二快卸链条上各夹块的锥面凹槽内，然后再通过螺栓将第二快卸链条的两端锁紧固定，使其形成固定于第三法兰和第四法兰外周的圆环状。上述结构中，利用法兰(包括第一法兰、第二法兰、第三法兰、第四法兰)上锥面凸缘与快卸链条(包括第一快卸链条、第二快卸链条)上夹块中锥面凹槽的配合，通过螺栓进行锁紧固定，可实现快速安装或拆卸，达到设备快速检修或维护的目的，避免工作人员长时间暴露在低剂量放射环境中。所述薄壁曲面窗体设于第一法兰的一侧，薄壁曲面窗体与第一法兰之间设有第一过渡层和焊接过渡层，薄壁曲面窗体、第一过渡层和焊接过渡层依次连接，并通过爆炸焊的方式制成复合板结构(该复合板结构即为下述“窗体部件”)，复合板结构再与第一法兰经气密性焊接固定。薄壁曲面窗体通过与第一法兰焊接，与高真空腔体以及上游质子束线的其他真空管道构成独立的密闭真空区间；薄壁曲面窗体通过上述第一法兰、第二法兰的连接，与低真空腔体及中子束线的其他真空管道也构成独立的密闭真空区间。这两个真空区间相互独立，可以具有不同的真空度，或一个真空区间暴露大气，另一个真空区间不受影响。所述薄壁曲面窗体的材质为铝合金，第一过渡层的材质为纯铝，焊接过渡层的材质为不锈钢。所述铝合金、纯铝和不锈钢三层材料通过爆炸焊的方式制成复合板结构，然后在复合板结构的窗体层(即铝合金层)上加工成型薄壁曲面窗体，不锈钢层的外侧与第一法兰焊接固定。该过程中，作为薄壁曲面窗体的铝合金层与第一过渡层、第一过渡层与焊接过渡层尚留有较大面积的爆炸焊结合面积，保证该结合面强度及气密性可靠，结合面的整体材料较厚，刚性良好，其他外力或残余应力对其产生的变形较小，从而保证薄壁曲面窗体不变形，保证窗体的可靠性。而焊接过渡层与第一法兰均为不锈钢材质，能可靠的进行焊接。上述方法设置，一方面保证了薄壁曲面窗体的不变形，另一方面实现不同材质的气密性焊接，从而保证整个窗体部件的可靠性。该结构中，窗体部件(主要是薄壁曲面窗体)能承受一个大气压的冲击载荷，且窗体厚度严格控制(该厚度取值为1±0.05mm)，可有效避免对透过的中子束能谱产生影响。窗体部件及高真空腔体形成一个独立整体，通过第一快卸链条即可实现快速装卸。所述可调式吸收片组件包括吸收片安装架、第三法兰、丝杆、升降驱动机构、运动法兰、波纹管、密封内芯和滑柱，第三法兰的位置固定，运动法兰位于第三法兰上方，且运动法兰和第三法兰之间设有可伸缩的波纹管，密封内芯设于波纹管内，密封内芯的上端与运动法兰的底面连接，密封内芯的下端与滑柱的顶面连接，滑柱穿过第三法兰中部，滑柱的下端设有吸收片安装架，吸收片安装架与滑柱下端通过挂钩连接，可实现吸收片安装架的快速插入或拔出，运动法兰的中部与丝杆螺纹连接，丝杆的下端伸入密封内芯内，丝杆的上端与升降驱动机构连接。该结构中，丝杆的下端与波纹管和密封内芯之间均没有直接的连接关系，滑柱穿过第三法兰中部的通孔进行滑动，不受第三法兰的固定位置所影响。使用时，升降驱动机构可驱动丝杆转动，从而驱动运动法兰进行升降运动，运动法兰的升降运动会拉伸或压缩波纹管，同时密封内芯会进行上升或下降的运动，由于滑柱的上端与密封内芯固定连接，所以当波纹管被拉伸时，滑柱会带动其下端的吸收片安装架随之上升，当波纹管被压缩时，滑柱会带动其下端的吸收片安装架随之下降，从而实现调整吸收片安装架上所设吸收片的高度。其中，升降驱动机构可采用升降气缸或电机。而波纹管内的密封内芯，一方面可对该可调式吸收片组件起密封作用，另一方面也可直接带动滑柱进行上下移动，滑柱不需要与波纹管直接接触，降低部件的损坏率。此外，丝杆末端虽然伸入密封内芯中，但是丝杆与密封内芯没有直接的连接关系，避免运动时两者之间产生干涉。所述滑柱与第三法兰中部的连接处还设有导向块，导向块的外壁与第三法兰固定连接，导向块的内壁与滑柱滑动连接；所述运动法兰和波纹管的外周还设有导向柱，运动法兰携带波纹管可在导向柱内部运动。其中，导向块和导向柱的作用均是对整个可调式吸收片组件升降时起导向作用，运动法兰和波纹管的外周可分布有多根导向柱，各导向柱的上端安装于升降驱动机构的安装支架上即可，各导向柱的下端通过在波纹管外周设置圆环形的限位盘或限位支架进行固定安装即可。所述可调式吸收片组件的下端(即吸收片安装架上)设有一个或多个吸收片位置，当设有多个吸收片位置时，各吸收片位置由上至下依次设置。每个吸收片位置上可安装单一材料种类的吸收片或多种材料种类的吸收片叠放。每组吸收片可以沿着竖直方向进行升降调节，以便选择不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带吸收片的中子束窗，其特征在于，包括高真空腔体、低真空腔体和可调式吸收片组件，高真空腔体与低真空腔体之间设有薄壁曲面窗体；/n高真空腔体和低真空腔体的相接处，高真空腔体带有第一法兰，低真空腔体带有第二法兰，第一法兰和第二法兰之间通过第一快卸链条固定连接；/n低真空腔体内设有至少一组可调式吸收片组件，可调式吸收片组件的下端设置吸收片；低真空腔体的顶面设有通孔，可调式吸收片组件下端的吸收片从通孔处伸入至低真空腔体内部；通孔处，低真空腔体带有第四法兰，可调式吸收片组件上设有第三法兰，第四法兰和第三法兰之间通过第二快卸链条固定连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种带吸收片的中子束窗，其特征在于，包括高真空腔体、低真空腔体和可调式吸收片组件，高真空腔体与低真空腔体之间设有薄壁曲面窗体；
高真空腔体和低真空腔体的相接处，高真空腔体带有第一法兰，低真空腔体带有第二法兰，第一法兰和第二法兰之间通过第一快卸链条固定连接；
低真空腔体内设有至少一组可调式吸收片组件，可调式吸收片组件的下端设置吸收片；低真空腔体的顶面设有通孔，可调式吸收片组件下端的吸收片从通孔处伸入至低真空腔体内部；通孔处，低真空腔体带有第四法兰，可调式吸收片组件上设有第三法兰，第四法兰和第三法兰之间通过第二快卸链条固定连接。


2.根据权利要求1所述一种带吸收片的中子束窗，其特征在于，所述高真空腔体和低真空腔体的相接处，第一法兰和第二法兰均带有向外凸出的锥面凸缘；
第一快卸链条包括交替连接的链板和夹块，各夹块中部设有锥面凹槽；
第一法兰和第二法兰相接后，两个锥面凸缘嵌于各夹块的锥面凹槽内，第一快卸链条的两端通过螺栓锁紧固定。


3.根据权利要求1所述一种带吸收片的中子束窗，其特征在于，所述薄壁曲面窗体设于第一法兰的一侧，薄壁曲面窗体与第一法兰之间设有第一过渡层和焊接过渡层，薄壁曲面窗体、第一过渡层和焊接过渡层依次连接。


4.根据权利要求3所述一种带吸收片的中子束窗，其特征在于，所述薄壁曲面窗体、第一过渡层和焊接过渡层之间，三层材料通过爆炸焊的方式制成复合板结构，然后在复合板结构的窗体层上加工成型薄壁曲面窗体。


5.根据权利要求1所述一种带吸收片的中子束窗，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁常军，敬罕涛，于永积，唐靖宇，康玲，黄蔚玲，朱东辉，聂小军，刘磊，王广源，张俊嵩，贺华艳，陈佳鑫，余洁冰，王安鑫，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11