本發(fā)明涉及加速器領(lǐng)域，特別是涉及一種耦合式直線加速裝置的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、直線加速器是一種用于對粒子束進行加速以提升束流能量的裝置。為了達到更高的束流能量，通常會將多個直線加速器串聯(lián)起來，但每個直線加速器都需要單獨的功率源饋入射頻功率，使用成本較高。

2、為了節(jié)省功率源，申請人在申請?zhí)枮?024114547741的在先發(fā)明專利申請的方案中通過耦合件將兩個直線加速器進行耦合連接，以形成一個具備完整加速腔體的耦合式直線加速裝置。耦合式直線加速裝置運行時，功率源提供的射頻功率會在加速腔體內(nèi)形成電磁場，該電磁場會使加速腔體表面和加速腔體內(nèi)的高頻部件（如漂移管）產(chǎn)生電流，引發(fā)焦耳熱效應，進而使加速腔體發(fā)熱，產(chǎn)生熱形變，腔體的熱形變又會使腔體頻率發(fā)生改變，降低加速裝置的性能。因此，為了保證加速裝置的正常工作，需設置冷卻系統(tǒng)對加速裝置進行散熱。

3、目前，加速腔體的冷卻，普遍采用沿腔體軸向貫通設置多個獨立液冷通道的方案，但該方案不適用于耦合式直線加速裝置。具體地，由于耦合式直線加速裝置是由耦合件和兩個直線加速器耦合連接而成的，因此，耦合式直線加速裝置的加速腔體屬于三段式腔體；與傳統(tǒng)的單一腔體相比，三段式腔體內(nèi)的電磁場分布會更加復雜，對結(jié)構(gòu)變形的敏感度更高；此外，由于功率源的射頻功率是通過耦合件饋入加速腔體中的，為了實現(xiàn)前、后兩段腔體電磁場的耦合共振，需盡可能提高中段腔體（即耦合件的腔體）內(nèi)電場分布的均勻性，進而改善整個加速腔體的電場均勻性。其中，電場分布的均勻程度，與前、后兩段腔體的半徑息息相關(guān)；此外，中段腔體的半徑變動還會導致整個加速腔體的共振頻率發(fā)生改變，若采用沿腔體軸向貫通設置的液冷通道進行腔體冷卻，冷卻液會沿著軸向逐漸升溫，導致各段腔體的溫度和變形程度相差較大，進而引發(fā)電場分布不均、腔體頻率失諧等問題，影響加速裝置的運行穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種耦合式直線加速裝置的冷卻系統(tǒng)，能夠有效縮短各段腔體的溫差和變形程度，以提高耦合式直線加速裝置的運行穩(wěn)定性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種耦合式直線加速裝置的冷卻系統(tǒng)，包括一個耦合件和兩個加速器，所述耦合件將兩個加速器耦合連接形成耦合式直線加速裝置，所述耦合件和所述加速器內(nèi)均設置有供冷卻介質(zhì)流動的冷卻通道，所述冷卻通道連接外部的冷卻介質(zhì)輸送裝置。

3、優(yōu)選地，所述耦合件具有耦合殼體，所述耦合殼體的殼壁上設有第一冷卻通道；所述第一冷卻通道為圍繞耦合殼體周向設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且耦合殼體的外表面上設有與第一冷卻通道連通的第一進液口與第一出液口。

4、優(yōu)選地，所述耦合件內(nèi)設有磁鐵漂移管；所述磁鐵漂移管包括一個磁鐵漂移管本體和一個第一支撐桿，所述磁鐵漂移管本體通過第一支撐桿安裝在耦合殼體內(nèi)；所述磁鐵漂移管本體的管壁上設有第二冷卻通道，所述第二冷卻通道為圍繞磁鐵漂移管本體周向設置的開口環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且所述第二冷卻通道的兩端分別設有第一進液通道與第一出液通道；所述第一進液通道與第一出液通道位于第一支撐桿內(nèi)。

5、優(yōu)選地，所述加速器具有加速器殼體，所述加速器殼體的殼壁內(nèi)設有多個第三冷卻通道；所述第三冷卻通道沿加速器殼體的軸向方向延伸，且第三冷卻通道的兩端分別設有第二進液口與第二出液口。

6、優(yōu)選地，所述加速器內(nèi)設有多個漂移管；所述漂移管包括漂移管本體和對稱設置在漂移管本體上的兩個第二支撐桿；所述漂移管本體通過第二支撐桿安裝在加速器殼體內(nèi)；所述漂移管本體的管壁上設有第四冷卻通道，所述第四冷卻通道為圍繞漂移管本體周向設置的封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述第二支撐桿內(nèi)設有與第四冷卻通道連通的第五冷卻通道，所述第五冷卻通道沿第二支撐桿延伸至所述加速器的外部；兩個第五冷卻通道中的一個為進液通道，另一個為出液通道。

7、優(yōu)選地，所述第四冷卻通道與進液通道的連通處設有導流件；所述導流件位于第四冷卻通道的內(nèi)壁上。

8、優(yōu)選地，所述加速器遠離耦合件的一端設有端蓋，所述端蓋內(nèi)設有第六冷卻通道；所述第六冷卻通道為與端蓋同軸設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且所述端蓋遠離耦合件的端面上設有與第六冷卻通道連通的第三進液口與第三出液口。

9、優(yōu)選地，所述第六冷卻通道包括具有開口的內(nèi)環(huán)通道和兩個外半環(huán)通道；所述內(nèi)環(huán)通道的兩端分別與兩個外半環(huán)通道連通，兩個外半環(huán)通道的自由端分別與第三進液口與第三出液口連通。

10、優(yōu)選地，所述端蓋靠近耦合件的一端成型有聚束槽體，且聚束槽體遠離端蓋的一端設有第七冷卻通道；所述第七冷卻通道為與聚束槽體同軸設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且聚束槽體遠離端蓋的一端的內(nèi)表面上設有與第七冷卻通道連通的第四進液口與第四出液口。

11、優(yōu)選地，所述加速器內(nèi)設置有調(diào)諧器，所述調(diào)諧器上設有第八冷卻通道；所述第八冷卻通道為圍繞調(diào)諧器周向設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且調(diào)諧器上設有與第八冷卻通道連通的第二進液通道與第二出液通道；所述第二進液通道與第二出液通道沿調(diào)諧器的軸向方向延伸。

12、優(yōu)選地，所述加速器殼體靠近耦合件的一端與加速器殼體上第三冷卻通道的最短間距為50mm，且所述加速器殼體遠離耦合件的一端與加速器殼體上第三冷卻通道的最短間距為50mm。

13、優(yōu)選地，所述第一冷卻通道為開口環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且第一冷卻通道兩端的間距為40mm。

14、如上所述，本發(fā)明涉及的耦合式直線加速裝置的冷卻系統(tǒng)，具有以下有益效果：

15、由于耦合式直線加速裝置是通過耦合件將兩個加速器耦合連接而成的，因此，耦合式直線加速裝置的加速腔體屬于三段式腔體，其由耦合殼體和同軸設置在耦合殼體兩端的加速器殼體構(gòu)成；由于三段式腔體內(nèi)部的電磁場分布相對復雜，且對結(jié)構(gòu)變形的敏感度較高；為了保證整個加速腔體的熱穩(wěn)定性，本申請在耦合殼體上設置至少一條沿其周向圍繞設置的第一冷卻通道，并沿各加速器殼體的周向均勻設置多條直線型的第四冷卻通道，以實現(xiàn)加速腔體的分段式冷卻；相比傳統(tǒng)單一的軸向式冷卻通道方案，本申請的冷卻效果更好，能夠有效減小各段殼體的溫差和變形程度，從而提高耦合式直線加速裝置的運行穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種耦合式直線加速裝置的冷卻系統(tǒng)，包括一個耦合件（1）和兩個加速器（2），所述耦合件（1）將兩個加速器（2）耦合連接形成耦合式直線加速裝置；其特征在于，所述耦合件（1）和所述加速器（2）內(nèi)均設置有供冷卻介質(zhì)流動的冷卻通道,所述冷卻通道連接外部的冷卻介質(zhì)輸送裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合件（1）具有耦合殼體（11），所述耦合殼體（11）的殼壁上設有第一冷卻通道（31）；所述第一冷卻通道（31）為圍繞耦合殼體（11）周向設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且耦合殼體（11）的外表面上設有與第一冷卻通道（31）連通的第一進液口（11a）與第一出液口（11b）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合件（1）內(nèi)設有磁鐵漂移管（12）；所述磁鐵漂移管（12）包括一個磁鐵漂移管本體（121）和一個第一支撐桿（122），所述磁鐵漂移管本體（121）通過第一支撐桿（122）安裝在耦合殼體（11）內(nèi)；所述磁鐵漂移管本體（121）的管壁上設有第二冷卻通道（32），所述第二冷卻通道（32）為圍繞磁鐵漂移管本體（121）周向設置的開口環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且所述第二冷卻通道（32）的兩端分別設有第一進液通道（1221）與第一出液通道（1222）；所述第一進液通道（1221）與第一出液通道（1222）位于第一支撐桿（122）內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述加速器（2）具有加速器殼體（21），所述加速器殼體（21）的殼壁內(nèi)設有多個第三冷卻通道（33）；所述第三冷卻通道（33）沿加速器殼體（21）的軸向方向延伸，且第三冷卻通道（33）的兩端分別設有第二進液口（21a）與第二出液口（21b）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述加速器（2）內(nèi)設有多個漂移管（22）；所述漂移管（22）包括漂移管本體（221）和對稱設置在漂移管本體（221）上的兩個第二支撐桿（222）；所述漂移管本體（221）通過第二支撐桿（222）安裝在加速器（2）內(nèi)；所述漂移管本體（221）的管壁上設有第四冷卻通道（34），所述第四冷卻通道（34）為圍繞漂移管本體（221）周向設置的封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述第二支撐桿（222）內(nèi)設有與第四冷卻通道（34）連通的第五冷卻通道（35），所述第五冷卻通道（35）沿第二支撐桿（222）延伸至所述加速器（2）的外部；兩個第五冷卻通道（35）中的一個為進液通道，另一個為出液通道。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述第四冷卻通道（34）與進液通道的連通處設有導流件（223）；所述導流件（223）位于第四冷卻通道（34）的內(nèi)壁上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述加速器（2）遠離耦合件（1）的一端設有端蓋（23），所述端蓋（23）內(nèi)設有第六冷卻通道（36）；所述第六冷卻通道（36）為與端蓋（23）同軸設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且所述端蓋（23）遠離耦合件（1）的端面上設有與第六冷卻通道（36）連通的第三進液口（23a）與第三出液口（23b）。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述第六冷卻通道（36）包括具有開口的內(nèi)環(huán)通道（361）和兩個外半環(huán)通道（362）；所述內(nèi)環(huán)通道（361）的兩端分別與兩個外半環(huán)通道（362）連通，兩個外半環(huán)通道（362）的自由端分別與第三進液口（23a）與第三出液口（23b）連通。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述端蓋（23）靠近耦合件（1）的一端成型有聚束槽體（24），且聚束槽體（24）遠離端蓋（23）的一端設有第七冷卻通道（37）；所述第七冷卻通道（37）為與聚束槽體（24）同軸設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且聚束槽體（24）遠離端蓋（23）的一端的內(nèi)表面上設有與第七冷卻通道（37）連通的第四進液口（24a）與第四出液口（24b）。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述加速器（2）上設置有調(diào)諧器（25），所述調(diào)諧器（25）上設有第八冷卻通道（38）；所述第八冷卻通道（38）為圍繞調(diào)諧器（25）周向設置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且調(diào)諧器（25）上設有與第八冷卻通道（38）連通的第二進液通道（25a）與第二出液通道（25b）；所述第二進液通道（25a）與第二出液通道（25b）沿調(diào)諧器（25）的軸向方向延伸。

11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述加速器殼體（21）靠近耦合件（1）的一端與加速器殼體（21）上第三冷卻通道（33）的最短間距為50mm，且所述加速器殼體（21）遠離耦合件（1）的一端與加速器殼體（21）上第三冷卻通道（33）的最短間距為50mm。

12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述第一冷卻通道（31）為開口環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且第一冷卻通道（31）兩端的間距為40mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種耦合式直線加速裝置的冷卻系統(tǒng)，包括一個耦合件和兩個加速器，所述耦合件將兩個加速器耦合連接形成耦合式直線加速裝置，所述耦合件和所述加速器內(nèi)均設置有供冷卻介質(zhì)流動的冷卻通道；所述冷卻通道連接外部的冷卻介質(zhì)輸送裝置；本發(fā)明根據(jù)耦合式直線加速裝置的特點，對耦合件和加速器進行單獨冷卻，以將耦合式直線加速裝置的溫升、變形和頻漂控制在可控范圍內(nèi)，保證耦合式直線加速裝置的運行穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：王盛,孔國慶,蘇浩泉,李海鵬
受保護的技術(shù)使用者：華硼中子科技（杭州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2