用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測量的薄片陣列式量熱計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測量的薄片陣列式量熱計,吸收電子束能量的薄片設(shè)計成了內(nèi)半徑沿軸向大小漸變的圓環(huán)形,兩相鄰薄片之間采用聚四氟乙烯環(huán)作為隔熱材料,通過聚四氟乙烯螺釘將薄片和聚四氟乙烯環(huán)連接到石墨準(zhǔn)直孔上,量熱計末端開有透紅外窗,在透紅外窗外,通過紅外相機(jī)拍攝薄片陣列的紅外熱輻射圖像,并送入計算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理,得到每層薄片上沉積的能量,給出所測電子束能量沉積深度分布。本發(fā)明解決了石墨薄片陣列量熱計時間響應(yīng)差,對薄片材料機(jī)械性能要求高的問題。
【專利說明】用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測量的薄片陣列式量熱計
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)流電子束與物質(zhì)相互作用時,電子能量在物質(zhì)中所沉積的深度分布測量的薄片陣列式量熱計,應(yīng)用于電子束與物質(zhì)相互作用研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]強(qiáng)流電子束與物質(zhì)相互作用時,其能量在物質(zhì)中沉積深度分布是一重要參數(shù),為了得到這一參數(shù),往往采用大小相同的薄片陣列式量熱計結(jié)合熱電偶來進(jìn)行測量。其原理是:電子與量熱計中的薄片陣列相互作用,能量沉積在每一個薄片中,轉(zhuǎn)化為熱能,通過熱電偶將薄片的溫度隨時間的變化記錄下來,反推沉積在薄片中的能量,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布的測量。在各種粒子束加速器中,這種方法得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]在陳克勝等所著的《電子束吸收劑量量熱計》一文中有關(guān)于石墨薄片陣列量熱計的介紹,簡單介紹了石墨量熱計的裝置結(jié)構(gòu)及在原子能研究院對約14MeV電子束能量沉積深度分布測量的結(jié)果,但是其并未說明采用大小相同的薄片陣列式量熱計結(jié)合熱電偶進(jìn)行測量的缺點(diǎn):
[0004]一是電子束的強(qiáng)度大,一般的材料都會因能量沉積過大而熔融、汽化,同時引起熱-力學(xué)效應(yīng),導(dǎo)致材料的質(zhì)量和能量損失,甚至破碎,會降低測量的準(zhǔn)確度。
[0005]二是電子的能量低,在材料中的有效射程短。IMeV電子束在Al材料中的能量沉積深度峰值都在0.5_以內(nèi),所以要想測出被輻照材料內(nèi)的能量沉積分布,就必須使用相對于有效射程而言非常薄的測量元件。這就要求薄片材料既要足夠薄,又要有較好的機(jī)械強(qiáng)度,成為了薄片量熱計使用的一個很難調(diào)和的矛盾。
[0006]此外,熱電偶通過熱傳導(dǎo)將信號傳導(dǎo)至記錄系統(tǒng)的時間要在秒量級上,而電子束能量沉積在薄片材料的時間達(dá)到了納秒量級,相對其可以來說是瞬間的,因此這種熱電偶這種接觸性測量方法在時間響應(yīng)上也存在一定的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了解決石墨薄片陣列量熱計時間響應(yīng)差,對薄片材料機(jī)械性能要求高的問題,本發(fā)明提供了一種用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測量的薄片陣列式量熱計。
[0008]用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測量的薄片陣列式量熱計,包括依次設(shè)置在電子束入射軸線上的準(zhǔn)直單元、吸熱單元和量熱單元;其特征在于:
[0009]所述準(zhǔn)直單元為石墨準(zhǔn)直孔;所述石墨準(zhǔn)直孔的內(nèi)徑略大于電子束直徑;
[0010]所述吸熱單元包括多層吸熱薄片、設(shè)置在兩相鄰石墨烯薄片之間的聚四氟乙烯環(huán);所述多層薄片中的第一層吸熱薄片為圓形薄片,其余吸熱薄片為環(huán)形薄片;所述環(huán)形薄片的內(nèi)徑依次增大;
[0011]所述量熱單元包括殼體、透紅外窗、紅外相機(jī)和計算機(jī);所述殼體的一端密封固定在吸熱單元的末端,其另一端與透紅外窗密封連接;所述第一層吸熱薄片、殼體和紅外透窗構(gòu)成真空腔體;[0012]所述紅外相機(jī)設(shè)置在透紅外窗的后方,所述紅外相機(jī)和計算機(jī)相連。
[0013]上述吸熱薄片為石墨材料或石墨烯材料。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):
[0015]本發(fā)明薄片陣列式量熱計將薄片設(shè)計成內(nèi)半徑大小漸變的圓環(huán)形,便于采用非接觸性,響應(yīng)快的紅外光學(xué)測量方法進(jìn)行溫度測量,既保留了薄片量熱計測量電子束能量沉積深度分布的優(yōu)點(diǎn),也解決了熱接觸測量方法響應(yīng)慢,薄片材料破碎后引入較大誤差的問題,適用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測量。
[0016]如果測量時薄片材料在電子束作用下發(fā)生熱-力學(xué)損傷,那么碎片產(chǎn)生位移的時間要在毫秒量級,由于紅外相機(jī)的快門時間可達(dá)到納秒量級以下,因此在薄片陣列發(fā)生損傷前就可以將測量數(shù)據(jù)得到,大大降低了量熱計對薄片材料機(jī)械性能的依賴。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;
[0018]圖中:1-石墨準(zhǔn)直孔,2-聚四氟乙烯螺釘,3-裝置連接法蘭,4-窗內(nèi)側(cè)密封圈,5-透紅外窗,6-窗外側(cè)密封圈,7-窗法蘭,8-六角螺釘螺母,9-聚四氟乙烯壓環(huán),10-薄片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測量的薄片陣列式量熱計,吸收電子束能量的薄片設(shè)計成了內(nèi)半徑沿軸向大小漸變的圓環(huán)形,兩相鄰薄片之間采用聚四氟乙烯環(huán)作為隔熱材料,通過聚四氟乙烯螺釘將薄片和聚四氟乙烯環(huán)連接到石墨準(zhǔn)直孔上,量熱計末端開有透紅外窗,在透紅外窗外,通過紅外相機(jī)拍攝薄片陣列的紅外熱輻射圖像,并送入計算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理,得到每層薄片上沉積的能量,給出所測電子束能量沉積深度分布。
[0020]石墨準(zhǔn)直孔,聚四氟乙烯環(huán),薄片,透紅外窗以及紅外相機(jī)為同軸心設(shè)置,軸線沿著電子束進(jìn)入方向。
[0021]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中電子束沿軸向從石墨準(zhǔn)直孔I 一側(cè)入射,透紅外窗5外側(cè)布置紅外相機(jī)拍攝薄片陣列的紅外熱輻射圖像,并送入計算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理,得到每層薄片上沉積的能量,給出所測電子束能量沉積深度分布。
[0022]圖1中,本發(fā)明的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測量的薄片陣列式量熱計,吸收電子束能量的薄片10設(shè)計成了內(nèi)半徑沿軸向大小漸變的圓環(huán)形,兩相鄰薄片之間采用聚四氟乙烯環(huán)9作為隔熱材料,通過聚四氟乙烯螺釘2將薄片10和聚四氟乙烯環(huán)9連接到石墨準(zhǔn)直孔I上,量熱計末端開有透紅外窗5,透紅外窗5兩側(cè)分別壓有窗內(nèi)側(cè)密封圈4和窗外側(cè)密封圈6用于封真空,透過透紅外窗5通過紅外相機(jī)拍攝薄片10陣列的紅外熱福射圖像,并送入計算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理,得到每層薄片10上沉積的能量,給出所測電子束能量沉積深度分布。
[0023]所述的石墨準(zhǔn)直孔1、聚四氟乙烯環(huán)9、薄片10、透紅外窗5以及紅外相機(jī)為同軸心設(shè)置,軸線沿著電子束進(jìn)入方向。
[0024]本發(fā)明的主要安裝過程是,在石墨準(zhǔn)直孔I電子束入射的背面依次安裝聚四氟乙烯壓環(huán)9和薄片10,裝置連接法蘭3,并用聚四氟乙烯螺釘2通過裝置連接法蘭3上的四個圓孔固定在石墨準(zhǔn)直孔I上。再在裝置連接法蘭3的法蘭面一端依次安裝窗內(nèi)側(cè)密封圈4,透紅外窗5,窗外側(cè)密封圈6和窗法蘭7,通過六個六角螺釘螺母8穿過裝置連接法蘭3和窗法蘭7上的圓孔將內(nèi)側(cè)密封圈4,透紅外窗5,窗外側(cè)密封圈6壓緊。
【權(quán)利要求】
1.用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測量的薄片陣列式量熱計,包括依次設(shè)置在電子束入射軸線上的準(zhǔn)直單元、吸熱單元和量熱單元;其特征在于: 所述準(zhǔn)直單元為石墨準(zhǔn)直孔;所述石墨準(zhǔn)直孔的內(nèi)徑略大于電子束直徑; 所述吸熱單元包括多層吸熱薄片、設(shè)置在兩相鄰石墨烯薄片之間的聚四氟乙烯環(huán);所述多層薄片中的第一層吸熱薄片為圓形薄片,其余吸熱薄片為環(huán)形薄片;所述環(huán)形薄片的內(nèi)徑依次增大; 所述量熱單元包括殼體、透紅外窗、紅外相機(jī)和計算機(jī);所述殼體的一端密封固定在吸熱單元的末端,其另一端與透紅外窗密封連接;所述第一層吸熱薄片、殼體和紅外透窗構(gòu)成真空腔體; 所述紅外相機(jī)設(shè)置在透紅外窗的后方,所述紅外相機(jī)和計算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測量的薄片陣列式量熱計,其特征在于:所述吸熱薄片為石墨材料或石墨烯材料。
【文檔編號】G01T1/29GK103616092SQ201310415491
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】孫江, 楊海亮, 孫劍鋒, 來定國, 蘇兆峰, 張鵬飛 申請人:西北核技術(shù)研究所