專利名稱:一種單粒子效應(yīng)地面加速器模擬試驗用束流快門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于加速器輻照技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種單粒子效應(yīng)地面加速器模擬試驗用束流快門。
背景技術(shù)：
單粒子效應(yīng)SEE (Single event effect)是離子入射到半導(dǎo)體器件內(nèi)部引起的錯誤效應(yīng)。在單粒子效應(yīng)地面模擬試驗中，為了精確測量注量或在發(fā)生閂鎖時保護器件，加速器束流線上需要配備束流快門，從而實現(xiàn)準確、及時的通斷束流。H1-13加速器目前束流管道上沒有專用的束流快門，束流的通斷由法拉第筒控制。由于反應(yīng)時間慢而且不方便計算機控制，所以法拉第筒無法滿足單粒子效應(yīng)實驗的需求。
目前市場上沒有專用的束流快門出售。國內(nèi)有實驗室采用光學(xué)快門作為束流快門使用，但存在如下缺點:
1.擋片太薄，只有100 μ m左右，擋片關(guān)閉時對于某些射程高的離子，如質(zhì)子，無法完全阻擋，這可能會對SEE實驗芯片和實驗人員的安全問題造成威脅。
2.擋片易變形。離子入射到擋片內(nèi)部后，擋片材料由于離子注入會發(fā)生變形，離子累積到一定量后擋片會變形導(dǎo)致無法使用。
3.單穩(wěn)態(tài)，可靠性差?？扉T開的狀態(tài)靠加電維持，長時間輻照時，需要對快門長時間加電，這會導(dǎo)致內(nèi)部線圈持續(xù)發(fā)熱，引起內(nèi)阻變化導(dǎo)致無法動作甚至燒毀。
世界上一些較先進的實驗室根據(jù)自己的需求及設(shè)備特點，設(shè)計了一些束流快門，如美國布魯克海文國家實驗室，在單粒子專用輻照裝置上利用旋轉(zhuǎn)螺線管制作了專用的束流快門。但這些快門通用性小，而且多數(shù)快門都是“單穩(wěn)態(tài)”快門。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和實際應(yīng)用的需要，本發(fā)明的目的在于提供一種單粒子效應(yīng)地面加速器模擬試驗用束流快門，通過該束流快門明顯提高了快門的響應(yīng)時間，降低生產(chǎn)成本的同時提高了可靠性。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種單粒子效應(yīng)地面加速器模擬試驗用束流快門，包括母板、設(shè)于母板上的束流通過孔、與束流通過孔大小相適應(yīng)的擋片，其中，在母板的中線靠下位置上通過過渡安裝板還固定有直流電動機，所述的擋片通過其連桿末端的小孔固定在直流電動機的軸上，在母板中線兩邊分別設(shè)有限位開關(guān)和限位螺栓，在母板的一側(cè)還設(shè)有用于改變直流電動機電源極性來實現(xiàn)快門狀態(tài)切換的極性切換電路。
進一步，如上所述的束流快門，所述極性切換電路由雙刀雙擲繼電器、電源、按鍵開關(guān)、二極管、電源線和限位開關(guān)構(gòu)成，其中，所述的雙刀雙擲繼電器、電源、按鍵開關(guān)均設(shè)置在靶室外，所述的限位開關(guān)通過電源線一端與直流電動機連接，另一端與固定在母板上的二極管連接。[0012]進一步，如上所述的束流快門，所述的擋片及其連桿是一體的。
進一步，如上所述的束流快門，所述的束流通過孔設(shè)在母板的右上方，在母板底部設(shè)有安裝孔。
進一步，如上所述的束流快門，所述擋片通過自身重力或者彈簧的拉力穩(wěn)定維持在“開”和“關(guān)”的狀態(tài)。
進一步，如上所述的束流快門，所述直流電動機的工作電源電壓為3V 9V，優(yōu)選電壓為5V。
進一步，如上所述的束流快門，所述擋片的材質(zhì)為鋁、不銹鋼或銅。
進一步，如上所述的束流快門，所述擋片的材質(zhì)為銅。
再進一步,如上所述的束流快門，所述擋片的厚度為0.5mm 3mm。
更進一步,如上所述的束流快門，所述擋片的厚度為1.5mm 2.5mm。
本發(fā)明的效果在于:本發(fā)明所述的束流快門，能夠使擋片穩(wěn)定的維持在“開”和“關(guān)”任意狀態(tài)下，這種雙穩(wěn)態(tài)大大降低了線圈的發(fā)熱量，提高了線圈壽命，提高了束流開和關(guān)的準確率；由于采用了銅作為材料，解決了光學(xué)快門薄而無法阻擋輕離子的問題；而且該快門還具有結(jié)構(gòu)簡單、機械動作簡單的特點，降低了生產(chǎn)成本的同時降低了故障率、提高了可靠性。


圖1為本發(fā)明束流快門的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明極性切換電路的電路圖；
圖3為本發(fā)明擋片部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明擋片通過彈簧的拉力穩(wěn)定維持“開”和“關(guān)”狀態(tài)的示意圖；
圖5為本發(fā)明擋片通過自身重力穩(wěn)定維持“開”和“關(guān)”狀態(tài)的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合
與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
圖1示出了為本發(fā)明一種單粒子效應(yīng)地面加速器模擬試驗用束流快門的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖中可以看出該束流快門包括母板10、位于母板右上方的直徑為20mm的束流通過孔12、通過過渡安裝板11固定在母板10的中線靠下位置上的直流電動機4、通過連桿末端的小孔固定在直流電動機4的軸上的用于實現(xiàn)快門狀態(tài)切換狀態(tài)的擋片2、分別固定在母板10中線兩邊的用于實現(xiàn)快門切換狀態(tài)完成后斷電的限位開關(guān)3和限位螺栓13、用于安裝固定快門的位于母板10下方的安裝孔14和用于改變直流電動機4電源極性來實現(xiàn)快門狀態(tài)切換的極性切換電路。
圖2示出了本發(fā)明極性切換電路的電路圖，該電路由雙刀雙擲繼電器5、電源6、按鍵開關(guān)7、二極管8、電源線9和限位開關(guān)3構(gòu)成；其中雙刀雙擲繼電器5用于實現(xiàn)直流電源極性切換，電源6用于為直流電動機4提供工作電壓，按鍵開關(guān)7用于控制快門的開關(guān)、以上元件均放在靶室外面，以方便檢修和控制。二極管8用于實現(xiàn)讓不同極性的電流通過，因靶室法蘭接口僅有兩根電源線9，因此二極管放在靶室內(nèi)，限位開關(guān)3安裝在快門母板10上，通過電源線9 一端與直流電動機4連接，另一端與固定在母板10上的二極管8連接用于實現(xiàn)快門切換狀態(tài)完成后斷電。快門“開”和“關(guān)”狀態(tài)的切換，選用直流電動機4實現(xiàn)，直流電動機4具有更換電源極性即可更改轉(zhuǎn)向的特點，因此可以通過改變電源極性的方法來切換“開”到“關(guān)”的狀態(tài)和“關(guān)”到“開”的狀態(tài)。根據(jù)控制電路的特點，直流電動機的工作電壓選擇3V 9V均可。本發(fā)明因控制電路輸出為5V，因此選5V直流電機。
在快門擋片材料的選用上，在理論上所有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的、無放射性金屬材料皆可。但是從經(jīng)濟、易加工程度、易活化程度等方面綜合考慮，推薦選擇鋁、不銹鋼、銅等。因銅原子序數(shù)較高，不易被活化，而且較軟，易于加工，適合在制作過程中不斷摸索和改造，因此本發(fā)明選用銅作為快門擋片的材料。而對于擋片2厚度應(yīng)足夠厚，能夠擋住加速器所有能量離子，且擋片自身重力足夠重，能將限位開關(guān)3壓下，重量盡量輕，以實現(xiàn)更快的響應(yīng)速度。其厚度可選擇0.5mm 3_。為達到較好效果,推薦1.5mm 2.5_。
本發(fā)明所述的束流開門，采用雙穩(wěn)態(tài)模式，即快門擋片2無需加電即可穩(wěn)定在“開”和“關(guān)”任一狀態(tài)下，這兩種狀態(tài)皆無需靠加電維持。圖3為擋片2的示意圖。擋片雙穩(wěn)態(tài)的維持需要借助外力實現(xiàn)，當(dāng)需要從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)時，需要再施加一個外力，當(dāng)然這個力的大小要大于維持狀態(tài)的外力。較簡單的雙穩(wěn)態(tài)有兩種，一種是利用彈力作為維持力，另一種是利用重力作為維持力。第一種原理圖如圖4所示，利用彈簧I的拉力維持雙穩(wěn)態(tài)。第二種原理圖如圖5所示，利用擋片2自身重力作為雙穩(wěn)態(tài)維持力。前者的優(yōu)點是:不受快門安裝方向控制。缺點是需要使用彈簧，增加了設(shè)備復(fù)雜性，而且在豎直方向增加了設(shè)計尺寸。后者優(yōu)點是:無需彈簧，結(jié)構(gòu)簡單，豎直方向設(shè)計尺寸較前者小。缺點是安裝使用時有方向限制。本發(fā)明根據(jù)使用環(huán)境，豎直方向空間有限，而且一旦安裝，不會旋轉(zhuǎn)方向，因此選擇第二種方案，即依靠重力維持雙穩(wěn)態(tài)式。由圖1可以看出，擋片2擺到左邊時，束流通過孔12打開，擋片碰上左限位開關(guān)3和左限位螺栓13。擋片擺到右邊時，束流通過孔12被擋住，同時擋片碰上右限位開關(guān)3和限位螺栓13。
采用上述技術(shù)方案制作完成后，經(jīng)長期測試發(fā)現(xiàn)，該快門在線圈壽命、可靠性、離子的阻止能力方面都達到了滿意的效果，與法拉第筒相比，明顯提高了響應(yīng)時間。與光學(xué)束流快門相比，由于采取了雙穩(wěn)態(tài)，所以大大的降低了線圈的發(fā)熱量，保護了線圈，從而大幅度的提高了線圈壽命，提高了束流開和關(guān)的準確率。也解決了光學(xué)快門由于擋片薄而無法阻擋輕離子的問題。該快門還具有結(jié)構(gòu)簡單、機械動作簡單的特點，降低了生產(chǎn)成本的同時降低了故障率提高了可靠性。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求
及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單粒子效應(yīng)地面加速器模擬試驗用束流快門，包括母板(10)、設(shè)于母板(10)上的束流通過孔(12)、與束流通過孔(12)大小相適應(yīng)的擋片(2)，其特征在于:在母板(10)的中線靠下位置上通過過渡安裝板(11)還固定有直流電動機(4)，所述的擋片(2)通過其連桿末端的小孔固定在直流電動機(4)的軸上，在母板(10)中線兩邊均設(shè)有限位開關(guān)(3)和限位螺栓(13)，在母板(10)的一側(cè)還設(shè)有用于改變直流電動機(4)電源極性來實現(xiàn)快門狀態(tài)切換的極性切換電路。
2.如權(quán)利要求
1所述的束流快門，其特征在于:所述極性切換電路由雙刀雙擲繼電器(5)、電源(6)、按鍵開關(guān)(7)、二極管(8)、電源線(9)和所述的限位開關(guān)(3)構(gòu)成，其中，所述的雙刀雙擲繼電器(5)、電源(6)、按鍵開關(guān)(7)均設(shè)置在靶室外，所述的限位開關(guān)(3)通過電源線(9) 一端與直流電動機(4)連接，另一端與固定在母板(10)上的二極管(8)連接。
3.如權(quán)利要求
2所述的束流快門，其特征在于:所述的擋片(2)及其連桿是一體的。
4.如權(quán)利要求
1所述的束流快門，其特征在于:所述的束流通過孔(12)設(shè)在母板(10)的右上方，在母板(10)底部設(shè)有安裝孔(14)。
5.如權(quán)利要求
1至4之一所述的束流快門，其特征在于:所述擋片(2)通過自身重力或者彈簧的拉力穩(wěn)定維持在“開”和“關(guān)”的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求
1至4之一所述的束流快門，其特征在于:所述直流電動機(4)的工作電源電壓為3V 9V。
7.如權(quán)利要求
1至4之一所述的束流快門，其特征在于:所述擋片(2)的材質(zhì)為鋁、不銹鋼或銅。
8.如權(quán)利要求
6所述的束流快門，其特征在于:所述擋片(2)的材質(zhì)為銅。
9.如權(quán)利要求
1至4之一所述的束流快門，其特征在于:所述擋片(2)的厚度為0.5mm 3mmο
10.如權(quán)利要求
9所述的束流快門，其特征在于:所述擋片(2)的厚度為1.5mm .2.5mmο
專利摘要
本發(fā)明公開了一種單粒子效應(yīng)地面加速器模擬試驗用束流快門，包括母板、設(shè)于母板上的束流通過孔、與束流通過孔大小相適應(yīng)的擋片，其中，在母板的中線靠下位置上通過過渡安裝板還固定有直流電動機，所述的擋片通過其連桿末端的小孔固定在直流電動機的軸上，在母板中線兩邊分別設(shè)有限位開關(guān)和限位螺栓，在母板的一側(cè)還設(shè)有用于改變直流電動機電源極性來實現(xiàn)快門狀態(tài)切換的極性切換電路。由于本發(fā)明采取雙穩(wěn)態(tài)，大大降低了線圈發(fā)熱量，提高了線圈壽命，提高了束流開和關(guān)的準確率。由于采用銅作為材料，解決了光學(xué)快門擋片薄而無法阻擋輕離子的問題，且結(jié)構(gòu)簡單、機械動作簡單，降低了生產(chǎn)成本、降低了故障率、提高了可靠性。
文檔編號G21K5/04GKCN102222534SQ201110057061
公開日2013年6月12日 申請日期2011年3月10日
發(fā)明者史淑廷, 郭剛, 劉建成, 惠寧, 沈東軍 申請人:中國原子能科學(xué)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (7), 非專利引用 (2),