專利名稱：重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于重離子試驗(yàn)設(shè)備的研究，具體涉及一種重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌。
背景技術(shù)：
在重離子單粒子試驗(yàn)中，為了使離子束斑既可以覆蓋被測(cè)芯片的整個(gè)靈敏區(qū)又不影響周圍器件，需要依據(jù)試驗(yàn)樣品板的結(jié)構(gòu)布局合理選擇束斑尺寸。目前限定離子束斑尺寸的手段為在樣品輻照靶室入口處手動(dòng)安裝特定尺寸的單片限束光闌，然而由于光闌安裝過程是在試驗(yàn)前完成，如果試驗(yàn)過程中需要改變束斑尺寸，則需破壞靶室真空環(huán)境，降低試驗(yàn)效率。因此，針對(duì)單粒子試驗(yàn)中的束斑尺寸調(diào)節(jié)問題，需要開展重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)中束斑尺寸的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)束斑尺寸快速連續(xù)調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用 新型的目的是為了實(shí)現(xiàn)重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)中束斑尺寸的快速連續(xù)調(diào)節(jié)，提供一種重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，以提高試驗(yàn)效率、增加試驗(yàn)方案靈活性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，包括設(shè)置在滑動(dòng)導(dǎo)軌上的兩塊水平活動(dòng)擋板和兩塊垂直活動(dòng)擋板，每塊活動(dòng)擋板分別與擋板控制臂連接，兩塊水平活動(dòng)擋板的擋板控制臂分別通過螺母與水平雙向絲杠連接，兩塊垂直活動(dòng)擋板的擋板控制臂分別通過螺母與垂直雙向絲杠連接，水平雙向絲杠和垂直雙向絲杠的端部通過垂直變向齒輪相連接，垂直雙向絲杠或水平雙向絲杠通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接，兩塊水平活動(dòng)擋板和兩塊垂直活動(dòng)擋板分別在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下同步對(duì)向運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步，如上所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其中，所述的活動(dòng)擋板為招材質(zhì)，厚度為3 5mm。進(jìn)一步，如上所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其中，所述的兩塊水平活動(dòng)擋板和兩塊垂直活動(dòng)擋板構(gòu)成方形光闌的擋板邊緣的光潔度小于或等于1. 6。進(jìn)一步，如上所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其中，所述的水平雙向絲杠和垂直雙向絲杠上分別設(shè)有兩段反向的螺紋；兩塊水平活動(dòng)擋板的擋板控制臂分別通過螺母連接在水平雙向絲杠的不同方向的螺紋段，兩塊垂直活動(dòng)擋板的擋板控制臂分別通過螺母連接在垂直雙向絲杠的不同方向的螺紋段。進(jìn)一步，如上所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其中，所有元件均固定在一塊鋁質(zhì)底板上，鋁質(zhì)底板對(duì)應(yīng)光闌的位置設(shè)有開口 ；水平雙向絲杠和垂直雙向絲杠通過軸承座固定在鋁質(zhì)底板上。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型從重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)中的束斑尺寸自動(dòng)化控制因素考慮，其針對(duì)性更強(qiáng)，束斑尺寸在IcmX Icm 5cmX5cm之間連續(xù)可調(diào)，誤差小于O. 5mm，滿足試驗(yàn)大束斑要求；而且本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程雙控制與真空環(huán)境運(yùn)行，為輻射防護(hù)工作和試驗(yàn)方案靈活性提供了較好的支持；整套裝置在盡量少的元件下完成預(yù)設(shè)功能，并且考慮單個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制、組合傳動(dòng)的方案，使得裝置更加輕便易裝，方便今后操作、維護(hù)。
圖1為本實(shí)用新型的活動(dòng)擋板的設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型一種具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。本實(shí)用新型的整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，設(shè)計(jì)水平、垂直兩組(四個(gè))可同步運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)擋板，通過每一組擋板之間的對(duì)向運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造尺寸可調(diào)的方形光闌。兩塊水平活動(dòng)擋板1、2和兩塊垂直活動(dòng)擋板3、4分別設(shè)置在滑動(dòng)導(dǎo)軌5上，滑動(dòng)導(dǎo)軌5呈十字交叉狀，由導(dǎo)軌固定架6固定。整個(gè)設(shè)計(jì)方案還需要從材料選取、材料厚度、離子散射以及自動(dòng)控制機(jī)制方面做細(xì)致考慮，具體如下材料選取必須選擇在離子輻照下不容易產(chǎn)生感生放射性的材料，而且材料密度盡可能小，使得整個(gè)裝置輕便易裝；本實(shí)用新型選擇的主要材料為鋁。材料厚度用來構(gòu)成束斑尺寸自動(dòng)化控制裝置的擋板厚度須超過試驗(yàn)可提供的所有重離子在該材料中的最大射程，而且要保證其機(jī)械強(qiáng)度；考慮到能量為25MeV的質(zhì)子在鋁中的射程為3mm，實(shí)際在串列加速器上使用到的重離子束流在鋁中的射程均小于上述3_的射程，綜合上述兩個(gè)因素，設(shè)計(jì)擋板厚度為3 5_，優(yōu)選為4_。離子散射用來構(gòu)成束斑尺寸自動(dòng)化控制裝置的擋板邊緣必須有足夠高的光潔度，防止離子在邊緣的散射。本實(shí)用新型對(duì)構(gòu)成方形光闌的四個(gè)擋板邊緣均進(jìn)行拋光處理，光潔度小于或等于1.6。自動(dòng)控制整套裝置應(yīng)該在盡量少的元件下完成預(yù)設(shè)功能，并且考慮單個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制、組合傳動(dòng)的方案，以使裝置易于操作、維護(hù)，此外還要實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程兩種控制方式，因而要選擇合適的通訊方式，開發(fā)(或使用已有)控制軟件。本實(shí)用新型的控制過程為步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，兩個(gè)螺母在絲桿上對(duì)向移動(dòng)，帶動(dòng)活動(dòng)擋板在導(dǎo)軌之間對(duì)向滑動(dòng)，改變光闌開口尺寸。
實(shí)施例如圖2所示,在一個(gè)具體實(shí)施例中，所有元件均固定在招制底板17上,底板設(shè)有6cmX6cm的開口 18,以便離子束通過。水平、垂直兩組導(dǎo)軌5通過導(dǎo)軌固定架6固定在底板17上，兩組導(dǎo)軌緊貼，以減小離子通過兩組活動(dòng)擋板之間縫隙的散射；兩塊水平活動(dòng)擋板1、2的擋板控制臂7、8分別通過螺母與水平雙向絲杠11連接，兩塊垂直活動(dòng)擋板3、4的擋板控制臂9、10分別通過螺母與垂直雙向絲杠12連接，活動(dòng)擋板由螺母帶動(dòng)，可以在導(dǎo)軌之間滑動(dòng)。水平雙向絲杠11和垂直雙向絲杠12通過軸承座16固定在底板17上，水平雙向絲杠11和垂直雙向絲杠12分別設(shè)有兩段反向的螺紋；兩塊水平活動(dòng)擋板1、2的擋板控制臂7、8分別通過螺母連接在水平雙向絲杠11的不同方向的螺紋段，兩塊垂直活動(dòng)擋板3、4的擋板控制臂9、10分別通過螺母連接在垂直雙向絲杠12的不同方向的螺紋段；水平雙向絲杠11和垂直雙向絲杠12的端部通過1:1垂直變向齒輪15連接，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿兩端紋絲反向，從而可以實(shí)現(xiàn)螺母對(duì)向移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)14與垂直雙向絲桿12之間通過聯(lián)軸器13連接，當(dāng)然，也可以將水平雙向絲杠11通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接，兩塊水平活動(dòng)擋板1、2和兩塊垂直活動(dòng)擋板3、4分別在步進(jìn)電機(jī)14的帶動(dòng)下同步對(duì)向運(yùn)動(dòng)。控制過程(以垂直部分為例，水平部分與其同步)步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)垂直絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，兩個(gè)螺母在絲桿上對(duì)向移動(dòng)，帶動(dòng)活動(dòng)擋板在導(dǎo)軌之間對(duì)向滑動(dòng)，改變光闌垂直開口尺寸。該裝置束斑尺寸設(shè)計(jì)為IcmX Icm 5cmX 5cm之間連續(xù)可調(diào)，還可以靈活地進(jìn)行束斑尺寸的擴(kuò)展，而且整套裝置在控制、傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)盡量向小型、穩(wěn)定方向發(fā)展，不僅使裝置更加輕便，而且可以節(jié)約試驗(yàn)裝置中有限的利用空間，方便今后操作、維護(hù)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其特征在于包括設(shè)置在滑動(dòng)導(dǎo)軌(5)上的兩塊水平活動(dòng)擋板(1、2)和兩塊垂直活動(dòng)擋板(3、4)，每塊活動(dòng)擋板分別與擋板控制臂連接，兩塊水平活動(dòng)擋板(1、2)的擋板控制臂(7、8)分別通過螺母與水平雙向絲杠(11)連接，兩塊垂直活動(dòng)擋板(3、4)的擋板控制臂(9、10)分別通過螺母與垂直雙向絲杠(12)連接，水平雙向絲杠(11)和垂直雙向絲杠(12 )的端部通過垂直變向齒輪(15 )相連接，垂直雙向絲杠(12)或水平雙向絲杠(11)通過聯(lián)軸器(13)與步進(jìn)電機(jī)(14)連接，兩塊水平活動(dòng)擋板(1、2)和兩塊垂直活動(dòng)擋板(3、4)分別在步進(jìn)電機(jī)(14)的帶動(dòng)下同步對(duì)向運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其特征在于所述的活動(dòng)擋板為招材質(zhì)，厚度為3 5mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其特征在于所述的兩塊水平活動(dòng)擋板(1、2)和兩塊垂直活動(dòng)擋板(3、4)構(gòu)成方形光闌的擋板邊緣的光潔度小于或等于1. 6。
4.如權(quán)利要求1所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其特征在于所述的水平雙向絲杠(11)和垂直雙向絲杠(12)上分別設(shè)有兩段反向的螺紋；兩塊水平活動(dòng)擋板(1、2)的擋板控制臂(7、8)分別通過螺母連接在水平雙向絲杠(11)的不同方向的螺紋段，兩塊垂直活動(dòng)擋板(3、4)的擋板控制臂(9、10)分別通過螺母連接在垂直雙向絲杠(12)的不同方向的螺紋段。
5.如權(quán)利要求1或4所述的重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌，其特征在于所有元件均固定在一塊鋁質(zhì)底板(17)上，鋁質(zhì)底板(17)對(duì)應(yīng)光闌的位置設(shè)有開口( 18);水平雙向絲杠(11)和垂直雙向絲杠(12)通過軸承座(16 )固定在鋁質(zhì)底板(17 )上。
專利摘要本實(shí)用新型屬于重離子試驗(yàn)設(shè)備的研究，具體涉及一種重離子單粒子效應(yīng)雙軸自動(dòng)限束光闌。其結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在滑動(dòng)導(dǎo)軌上的兩塊水平活動(dòng)擋板和兩塊垂直活動(dòng)擋板，每塊活動(dòng)擋板分別與擋板控制臂連接，兩塊水平活動(dòng)擋板的擋板控制臂分別通過螺母與水平雙向絲杠連接，兩塊垂直活動(dòng)擋板的擋板控制臂分別通過螺母與垂直雙向絲杠連接，水平雙向絲杠和垂直雙向絲杠的端部通過垂直變向齒輪相連接，垂直雙向絲杠或水平雙向絲杠通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接，兩塊水平活動(dòng)擋板和兩塊垂直活動(dòng)擋板分別在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下同步對(duì)向運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)束斑尺寸的快速連續(xù)調(diào)節(jié)，從而提高試驗(yàn)效率、增加試驗(yàn)方案靈活性。
文檔編號(hào)G01N23/20GK202886300SQ201220452528
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者范輝, 沈東軍, 郭剛, 史淑廷, 劉建成, 龐郁靜 申請(qǐng)人:中國原子能科學(xué)研究院