一種彎折翼型射頻四極加速器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子加速器加速機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種彎折翼型射頻四極加速器。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的射頻四極(RFQ)加速器對(duì)世界加速器的快速發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。RFQ加速器集束流加速、聚焦和聚束于一體，主要適用于低能束流的加速，一般用作中高能加速器的注入器。目前人們常用的低頻率RFQ加速器的加速結(jié)構(gòu)主要是四桿型結(jié)構(gòu)。當(dāng)工作于連續(xù)波(CW)狀態(tài)時(shí)，要求RFQ加速器必須具備合理的冷卻系統(tǒng)，以有效地處理連續(xù)工作時(shí)腔體產(chǎn)生的大量熱量。但是，四桿型RFQ加速器的冷卻系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，它一般由電極冷卻管道、支撐板冷卻管道、墊塊冷卻管道和底板冷卻管道構(gòu)成，這些復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)給腔體機(jī)械設(shè)計(jì)和加工帶來(lái)了很大的難度。本世紀(jì)初，美國(guó)阿同實(shí)驗(yàn)室(ANL)提出了一種開(kāi)窗四翼型RFQ加速結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也適合于低頻率范圍，但其缺點(diǎn)同樣是冷卻系統(tǒng)復(fù)雜。
[0003]理論上講，傳統(tǒng)四翼型RFQ加速器加速結(jié)構(gòu)也可用于低頻率領(lǐng)域，并且該加速結(jié)構(gòu)具有冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單、有效的優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)應(yīng)用于低頻率領(lǐng)域時(shí)其橫截面尺寸往往很大，以美國(guó)密西根州立大學(xué)(MSU)的四翼型RFQ加速器為例，其工作頻率為80.5MHz，腔體內(nèi)徑達(dá)到了 940_，這給腔體的加工提出了很大的難題，比如需要大型的加工機(jī)床和焊接爐，最重要的是加工的精度不易保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種彎折翼型射頻四極加速器，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其特點(diǎn)是包括腔體，所述的腔體內(nèi)設(shè)置有四個(gè)翼，腔體兩端分別設(shè)置有端板，每個(gè)端板中心設(shè)置有一個(gè)束流孔，兩個(gè)束流孔的中心線與腔體中心軸線在同一直線上；腔體上還設(shè)置有η模穩(wěn)定桿和用于調(diào)整頻率的調(diào)諧器。
[0006]所述的腔體和每個(gè)端板通過(guò)螺絲固定相連，腔體和每個(gè)端板之間設(shè)置有高頻密封圈和真空密封圈。
[0007]所述的四個(gè)翼為彎折形狀，翼極頭部分與根部呈垂直關(guān)系，四個(gè)翼按中心對(duì)稱(chēng)的方式安裝在腔體內(nèi)并將腔體均勻地分為四個(gè)部分。
[0008]所述的兩個(gè)端板與四個(gè)翼的端部設(shè)置有間隙，四個(gè)翼的極頭之間設(shè)置有間隙，四個(gè)翼的極頭末梢為圓弧結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的腔體和四個(gè)翼采用真空焊接相連，所述的腔體和四個(gè)翼上均設(shè)置有冷卻水管道，冷卻水將帶走腔體連續(xù)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，冷卻水管道的數(shù)量、大小及位置布局由熱力學(xué)計(jì)算確定。
[0010]所述的腔體為正四邊形或正八邊形結(jié)構(gòu)，腔體為高真空腔體，其真空度一般為104-107Pa0
[0011]所述的腔體和四個(gè)翼的長(zhǎng)度由束流動(dòng)力學(xué)計(jì)算確定，兩個(gè)端板與四個(gè)翼的端部之間的間隙大小由腔體內(nèi)電場(chǎng)平整度的要求確定，四個(gè)翼的極頭之間的間隙由束流動(dòng)力學(xué)計(jì)算確定，四個(gè)彎折翼的極頭末梢的圓弧的曲率半徑由束流動(dòng)力學(xué)計(jì)算確定，腔體的橫截面尺寸由腔體頻率決定。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其通過(guò)在極頭部分對(duì)翼進(jìn)行了彎折，相較于傳統(tǒng)的四翼型射頻四極加速結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在翼橫向總長(zhǎng)度不變的情況下大大縮小了腔體橫截面的尺寸，非常適用于低頻率束流；同時(shí)，由于具備傳統(tǒng)四翼型射頻四極加速結(jié)構(gòu)的冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單、有效的優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合連續(xù)波工作狀態(tài)。本發(fā)明在降低射頻四極加速器的加工難度、減小工程費(fèi)用、提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的軸測(cè)結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0014]圖2是采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的HIAF RFQ溫度分布圖；
[0015]圖中所示:1.腔體，2.翼，3.圓弧結(jié)構(gòu)，4.調(diào)諧器，5.π模穩(wěn)定桿，6.冷卻水管道，7.端板，8.束流孔，9.高頻密封圈，10.真空密封圈。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0017]如圖1所示，所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其特點(diǎn)是包括腔體1，所述的腔體I內(nèi)設(shè)置有四個(gè)翼2，腔體I兩端分別設(shè)置有端板7，每個(gè)端板中心設(shè)置有一個(gè)束流孔8，兩個(gè)束流孔的中心線與腔體I中心軸線在同一直線上；腔體I上還設(shè)置有JT模穩(wěn)定桿5和用于調(diào)整頻率的調(diào)諧器4。
[0018]進(jìn)一步，所述的腔體I和每個(gè)端板7通過(guò)螺絲固定相連，腔體I和每個(gè)端板之間設(shè)置有高頻密封圈9和真空密封圈10。
[0019]進(jìn)一步，所述的四個(gè)翼2為彎折形狀，翼2極頭部分與根部呈垂直關(guān)系，四個(gè)翼2按中心對(duì)稱(chēng)的方式安裝在腔體I內(nèi)并將腔體I均勻地分為四個(gè)部分。
[0020]進(jìn)一步，所述的兩個(gè)端板7與四個(gè)翼2的端部設(shè)置有間隙，四個(gè)翼2的極頭之間設(shè)置有間隙，四個(gè)翼2的極頭末梢為圓弧結(jié)構(gòu)3。
[0021]進(jìn)一步，所述的腔體I和四個(gè)翼2采用真空焊接相連，所述的腔體I和四個(gè)翼2上均設(shè)置有冷卻水管道6，冷卻水將帶走腔體連續(xù)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，冷卻水管道的數(shù)量、大小及位置布局由熱力學(xué)計(jì)算確定。
[0022]進(jìn)一步，所述的腔體I為正四邊形或正八邊形結(jié)構(gòu)，腔體I為高真空腔體，其真空度一般為 10 4-10 7Pa0
[0023]所述的腔體和四個(gè)翼的長(zhǎng)度由束流動(dòng)力學(xué)計(jì)算確定，兩個(gè)端板與四個(gè)翼的端部之間的間隙大小由腔體內(nèi)電場(chǎng)平整度的要求確定，四個(gè)翼的極頭之間的間隙由束流動(dòng)力學(xué)計(jì)算確定，四個(gè)彎折翼的極頭末梢的圓弧的曲率半徑由束流動(dòng)力學(xué)計(jì)算確定，腔體的橫截面尺寸由腔體頻率決定。
[0024]如圖2所示，采用彎折翼型射頻四極加速器加速結(jié)構(gòu)的HIAF(High IntensityHeavy-1on Accelerator ￡acility) RFQ 加速器。HIAF RFQ 加速器用來(lái)將能量為 0.014MeV/u的離子束(從質(zhì)子到鈾238的所有離子)加速到0.5MeV/u.HIAF RFQ加速器的工作頻率為81.25MHz，屬于低頻率范圍，該加速器為連續(xù)工作模式。采用彎折翼型射頻四極加速器加速結(jié)構(gòu)的HIAF RFQ加速器的腔體的溫度分布圖，在該計(jì)算中水冷管道的直徑為12mm，7令卻水的溫度為20°C，水的流速為2.29米每秒。從圖中可以看出，彎折翼型加速結(jié)構(gòu)的HIAFRFQ的腔體的最高溫度僅為24.33°C，完全滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性要求。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種彎折翼型射頻四極加速器，其特征是包括腔體，所述的腔體內(nèi)設(shè)置有四個(gè)翼，腔體兩端分別設(shè)置有端板，每個(gè)端板中心設(shè)置有一個(gè)束流孔，兩個(gè)束流孔的中心線與腔體中心軸線在同一直線上；腔體上還設(shè)置有模穩(wěn)定桿和用于調(diào)整頻率的調(diào)諧器。2.如權(quán)利要求1所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其特征在于:所述的腔體和每個(gè)端板通過(guò)螺絲固定相連，腔體和每個(gè)端板之間設(shè)置有高頻密封圈和真空密封圈。3.如權(quán)利要求1所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其特征在于:所述的四個(gè)翼為彎折形狀，翼極頭部分與根部呈垂直關(guān)系，四個(gè)翼按中心對(duì)稱(chēng)的方式安裝在腔體內(nèi)并將腔體均勾地分為四個(gè)部分。4.如權(quán)利要求1所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其特征在于:所述的兩個(gè)端板與四個(gè)翼的端部設(shè)置有間隙，四個(gè)翼的極頭之間設(shè)置有間隙，四個(gè)翼的極頭末梢為圓弧結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其特征在于:所述的腔體和四個(gè)翼采用真空焊接相連，所述的腔體和四個(gè)翼上均設(shè)置有冷卻水管道，冷卻水將帶走腔體連續(xù)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，冷卻水管道的數(shù)量、大小及位置布局由熱力學(xué)計(jì)算確定。6.如權(quán)利要求1所述的一種彎折翼型射頻四極加速器，其特征在于:所述的腔體為正四邊形或正八邊形結(jié)構(gòu)，腔體為高真空腔體，其真空度一般為10 4-10 7Pao
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及離子加速器加速機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種彎折翼型射頻四極加速器。其特點(diǎn)是包括腔體，所述的腔體內(nèi)設(shè)置有四個(gè)翼，腔體兩端分別設(shè)置有端板，每個(gè)端板中心設(shè)置有一個(gè)束流孔，兩個(gè)束流孔的中心線與腔體中心軸線在同一直線上；腔體上還設(shè)置有π模穩(wěn)定桿和用于調(diào)整頻率的調(diào)諧器。其通過(guò)在極頭部分對(duì)翼進(jìn)行了彎折，在翼橫向總長(zhǎng)度不變的情況下大大縮小了腔體橫截面的尺寸，非常適用于低頻率束流；同時(shí)，由于具備傳統(tǒng)四翼型射頻四極加速結(jié)構(gòu)的冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單、有效的優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合連續(xù)波工作狀態(tài)。本發(fā)明在降低射頻四極加速器的加工難度、減小工程費(fèi)用、提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。
【IPC分類(lèi)】H05H7/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105050309
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510461019
【發(fā)明人】張周禮, 徐顯波, 盧亮, 孫列鵬, 何源, 趙紅衛(wèi), 石愛(ài)民
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日