一种实现连续加速的宽截面变轨道的真空腔体结构制造技术

本实用新型专利技术提出了一种实现连续加速的宽截面变轨道真空腔体结构，该真空腔体结构为环形扁状壳体结构，该环形扁状壳体结构作为粒子从小半径到大半径、从低能到高能连续束加速的唯一路径；为不包括沿着加速器圆周方向均匀布设的多个高频腔和多个磁极的物理实体在内的独立的腔体结构；该宽截面变轨道真空腔体结构为平衡高平均流强和高真空度的匹配结构，该匹配结构既保证束团流经环形腔体时，束团不被打在环形腔体内壁上、又保证环形腔体内抽真空时腔体不变形。本实用新型专利技术通过改变真空腔体的形状和位置，解决了长期以来一直难以解决的抽真空开孔对于磁场影响的难题，并找到了高平均强流引出和高真空度两者之间平衡点。流引出和高真空度两者之间平衡点。流引出和高真空度两者之间平衡点。

【技术实现步骤摘要】
一种实现连续加速的宽截面变轨道的真空腔体结构


[0001]本技术属于加速器
，尤其涉及一种可以实现连续加速的宽截面变轨道的真空腔体结构。

技术介绍

[0002]中国原子能科学研究院提出了一种高能、强流交变梯度回旋加速器，目的是解决现有技术加速束流能力相对低、束流强度相对小的问题。其中，高能、强流交变梯度回旋加速器的真空腔体结构是设计上的一大难点。
[0003]该真空腔体结构作为粒子从小半径到大半径、从低能到高能连续束加速的唯一路径，由一个环形扁状壳体结构和均匀布设在环形扁状壳体结构上的多个高频腔和磁极组成。该结构包括多个环形段、每个环形段的壳体结构要穿过当前环形段的高频腔和磁极，使得当前环形段的粒子得到当前环形段高频腔体的加速和当前环形段磁极的聚焦。由于每个环形段的高频腔和磁极用于当前环形段壳体结构穿过的缝隙只有几十毫米，所以限定了环形扁状壳体结构的高度不能超过几十毫米，针对高度只有几十毫米的环形扁状壳体结构，设计难点在于真空腔体结构的高平均强流引出和高真空度的匹配上：一方面，要求高平均强流引出的束团在运行过程中不能有损失，不会因为束团打在环形壳体壁上而损失掉，而做到束团不被打在环形壁上其实是很难的：因为束团直径受到最大强聚焦力的限制、束团直径小到一定程度就不能再小了，但是环形壳体的高度只有几十毫米空间，而束团的直径就会占去几乎七分之一的空间，唯一的办法就是将环形壳体的壁厚做得尽量薄使得束团和环形壳体内壁留有足够的间隙；另一方面，束流运行环境必须是高真空环境，对环形壳体抽真空又要求真空腔体壁厚尺寸不能太薄，由于抽真空时真空对腔体的吸附力很大，当腔体壁厚太薄达不到要求时，腔体受到真空吸附力就会收缩变形，而变了形的腔体使得腔体内的剩余空间就更少了，束团就更加容易打在腔体的内壁上。
[0004]综上，设计高能、强流交变梯度回旋加速器的真空腔体结构的难点在于：高平均强流引出和高真空度两者之间找到一个平衡点。现有技术未见找到该平衡点的报道。

技术实现思路

[0005]本技术针对现有技术的不足，提出一种实现连续加速的宽截面变轨道的真空腔体结构，目的在于平衡高平均流强引出和高真空两者之间的关系，找到二者之间的平衡点。
[0006]本技术为解决现有技术存在的问题，提出以下技术方案：
[0007]一种实现连续加速的宽截面变轨道真空腔体结构，该真空腔体结构为环形扁状壳体结构，该环形扁状壳体结构作为粒子加速器加速粒子的独立运行空间、并作为粒子从小半径到大半径、从低能到高能连续束加速的唯一路径；该环形扁状壳体结构沿圆形加速器圆周方向分多段连续布设，每个环形段分别对应该段的高频腔体和磁极，该段的高频腔体为跑道形且侧立摆放、该段的磁极上下对称布设；每个环形段的腔体结构包括漂移加速节、
过渡节、偏转节；该漂移加速节穿过该段的高频腔体、粒子经过漂移加速节时被加速；该偏转节穿过该段上下对称的磁极、束团经过偏转节时受到偏转节径向力和轴向力的聚焦，从而使得粒子沿着规定的轨道运行；其特征在于：
[0008]该宽截面变轨道真空腔体结构为不包括沿着加速器圆周方向均匀布设的多个高频腔和多个磁极的物理实体在内的独立的腔体结构，该独立的腔体结构沿着加速器圆周方向从多个高频腔和磁极中间拦腰穿过，其宽度为束流连续加速能量到2GeV及以上的宽度、其高度为上下磁极之间缝隙的高度；
[0009]该宽截面变轨道真空腔体结构为平衡高平均流强和高真空度的匹配结构，该匹配结构既保证束团流经环形腔体时，束团不被打在环形腔体内壁上、又保证环形腔体内抽真空时腔体不变形。
[0010]进一步地，所述宽截面变轨道真空腔体结构的高度不能高于70mm，宽度在1
‑
2m之间。
[0011]进一步地，所述平衡高平均流强和高真空度的匹配结构，具体为：该真空腔体结构中所有的部分均为环形薄壁钣金结构焊接而成的矩形截面、或者椭圆截面的壳体结构及其支撑结构；每个环形段的壁厚为2
‑
5mm，环形腔体内真空度不低于1
×
10
‑
6Pa。
[0012]进一步地，所述抽真空时腔体不变形，具体为：真空变形<＝0.5mm；大型异形密封部位漏率≤2
×
10
‑
7Pal/s；每段整体漏率≤5
×
10
‑
7Pal/s。
[0013]进一步地，所述宽截面变轨道真空腔体结构，还包括真空获得设备，该真空获得设备用于获得粒子加速器所必需的超高真空环境，减少粒子加速器损耗，提高粒子传输效率。
[0014]进一步地，所述漂移加速节同时又是高频腔体的一部分，与高频腔体一体化制作。
[0015]本技术的优点效果
[0016]1、本技术将现有技术的圆柱形真空腔体改进为环形扁状真空腔体，改进后，环形扁状真空腔体从上、下磁极之间的缝隙中拦腰穿过、而并非把磁极包括在真空腔体内，抽真空开孔时只是在过渡节上开孔和磁极无关，由于真空腔体内不包括磁极、不会破坏磁场的均匀性，而现有技术因为真空腔开孔破坏了磁场的均匀性就不得不采取很多补救措施，本技术通过改变真空腔体的形状和位置，由圆柱形改进成扁状环形、由安装在加速器高频腔和磁极的最外层，改进为从它们中间拦腰穿过，解决了长期以来一直难以解决的抽真空开孔对于磁场影响的难题，取得了预料不到的效果，具有突出的实质性特点和显著进步。
[0017]2、本技术通过设置环形壳体的壁厚为2
‑
5mm，环形腔体内真空度不低于1
×
10
‑
6Pa、并且真空变形<＝0.5mm；大型异形密封部位漏率≤2
×
10
‑
7Pal/s；每段整体漏率≤5
×
10
‑
7Pal/s，找到了高平均强流引出和高真空度两者之间平衡点，在只有70毫米的纵向空间内，既保证高平均束流不因为空间狭窄而打在腔体壁上而丢失粒子，又保证了束流在理想的真空环境中得到加速和强聚焦，取得了预料不到的效果。
[0018]3、本技术宽截面变轨道的真空腔体结构，能够实现回旋加速器在大直径宽截面范围内连续加速；采用环形薄壁2
‑
5mm厚的钣金结构焊接而成的矩形截面或者椭圆截面的壳体结构及其支撑结构，能够解决焊接及抽真空时的变形和高真空度的难题，实现了直径宽截面范围真空腔体的全覆盖，提高束流能量，提高束流引出能量的限制问题。
附图说明
[0019]图1为本技术实现连续加速的宽截面变轨道的环形真空腔体结构；
[0020]图2为本技术实现连续加速的宽截面变轨道的环形段真空腔体结构；
[0021]图中：1：磁体；2：线圈；3：偏转节；3F：聚焦偏转节；3D：散焦偏转节；4：过度节；5：漂移加速节；6：加速腔；
具体实施方式
[0022]本技术设计原理
[0023]1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现连续加速的宽截面变轨道真空腔体结构，该真空腔体结构为环形扁状壳体结构，该环形扁状壳体结构作为粒子加速器加速粒子的独立运行空间、并作为粒子从小半径到大半径、从低能到高能连续束加速的唯一路径；该环形扁状壳体结构沿圆形加速器圆周方向分多段连续布设，每个环形段分别对应该段的高频腔体和磁极，该段的高频腔体为跑道形且侧立摆放、该段的磁极上下对称布设；每个环形段的腔体结构包括漂移加速节、过渡节、偏转节；该漂移加速节穿过该段的高频腔体、粒子经过漂移加速节时被加速；该偏转节穿过该段上下对称的磁极、束团经过偏转节时受到偏转节径向力和轴向力的聚焦，从而使得粒子沿着规定的轨道运行；其特征在于：该宽截面变轨道真空腔体结构为不包括沿着加速器圆周方向均匀布设的多个高频腔和多个磁极的物理实体在内的独立的腔体结构，该独立的腔体结构沿着加速器圆周方向从多个高频腔和磁极中间拦腰穿过，其宽度为束流连续加速能量到2GeV及以上的宽度、其高度为上下磁极之间缝隙的高度；该宽截面变轨道真空腔体结构为平衡高平均流强和高真空度的匹配结构，该匹配结构既保证束团流经环形腔体时，束团不被打在环形腔体内壁上、又保证环形腔体内抽真空时腔体不变形。2.根据权利要求1所述一种实现连续加速的宽截面变轨道真空腔体结构，其特征在于：所述宽截面变轨道真空腔体结构的高度不能高于70mm，宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：张素平，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：新型
国别省市：