本發(fā)明屬于等時(shí)型超導(dǎo)回旋加速器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于sc200超導(dǎo)回旋加速器主機(jī)內(nèi)部引出區(qū)束流位置分辨的測量探測靶頭。

背景技術(shù)：

回旋加速器是用高頻電場加速質(zhì)子到很高能量的裝置，與其他類型的回旋加速器相比具有連續(xù)束運(yùn)行和高平均流強(qiáng)的特點(diǎn)，加速器在發(fā)展過程中，人們逐步認(rèn)識到它在許多科技和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，都有著廣闊的十分重要的應(yīng)用，在核物理、能源、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，其中在核醫(yī)學(xué)方面掀起一股熱潮。束流診斷系統(tǒng)作為加速器一個(gè)重要的組成部分，為加速器調(diào)試提供準(zhǔn)確的參考信息，被譽(yù)為加速器的“眼睛”。在束流性能調(diào)試、關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化、加速器性能改善以及運(yùn)行狀態(tài)等方面起重要作用。該系統(tǒng)用于測量束流的各種參數(shù)，包括束流流強(qiáng)、位置、截面、發(fā)射度等，主要組成部分包括測量探頭、信號處理電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)及控制網(wǎng)絡(luò)等，在加速器主機(jī)內(nèi)部采用探測靶與束流相互作用獲得攜帶束流信息的光、電信號，對探頭輸出光、電信號進(jìn)行處理，從中提取粒子束流位置信息，根據(jù)測得的束流參數(shù)推算加速器特性參數(shù)，主機(jī)引出區(qū)束流診斷主要在靜電偏轉(zhuǎn)板、磁通道位置進(jìn)行束流參數(shù)測量，觀測束流在引出過程中是否偏離軌道，針對所測結(jié)果進(jìn)行加速器束流運(yùn)行軌道的調(diào)整。作為醫(yī)用加速器，為患者提供高品質(zhì)高穩(wěn)定性的質(zhì)子束流是主要任務(wù)，為了達(dá)到該目標(biāo)，必須采用一套完備的束流測量裝置，以便診斷各種束流參數(shù)和改善機(jī)器運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于超導(dǎo)回旋加速器引出區(qū)束流測量探測靶頭，用于測量緊湊型超導(dǎo)質(zhì)子回旋加速器主機(jī)內(nèi)部引出區(qū)束流位置信息，該方案解決了主機(jī)內(nèi)部因空間受限使得束流裝置很難放置以及測量位置分辨率低的問題，能夠準(zhǔn)確測量靜電偏轉(zhuǎn)板以及磁通道端口的束流位置信息，為引出束流的品質(zhì)以及加速器運(yùn)行提供參考，其測量原理簡單可靠，可行性高，操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于超導(dǎo)回旋加速器引出區(qū)束流測量探測靶頭，包括探針靶頭及固接結(jié)構(gòu)；其中，所述探針靶頭由多絲探針、陶瓷塊、連接桿構(gòu)成；所述鎢絲一端部穿過陶瓷塊上的通孔伸入連接桿內(nèi)，鎢絲通過焊接固接在陶瓷塊中，陶瓷塊通過焊接固接在連接桿一端內(nèi)；所述固接結(jié)構(gòu)包括鋁合金連接件與傳動桿；所述連接桿與傳動桿通過鋁合金連接件拼接。

所述多絲探針的絲材料選用鎢絲；所述陶瓷塊呈圓柱形形狀，其沿其軸向設(shè)有通孔，陶瓷塊選用絕緣氮化鋁陶瓷；所述連接桿內(nèi)部為空心設(shè)置。

所述鋁合金連接件內(nèi)部為空心設(shè)置，其兩端部呈臺階口形狀；所述傳動桿內(nèi)部為空心設(shè)置；所述鋁合金連接件的兩端分別插入在連接桿與傳動桿內(nèi)，連接桿與傳動桿在側(cè)面設(shè)有螺釘孔，鋁合金連接件與連接桿的環(huán)側(cè)面通過第一螺釘連接，鋁合金連接件與傳動桿的環(huán)側(cè)面通過第二螺釘連接。

所述傳動桿推動所述探針靶頭徑向運(yùn)動，獲取分析束流轟擊靶頭不同位置的靶絲所產(chǎn)生的電流信號來判斷束流的位置信號。

所述多絲探針的絲擺放位置與束流方向相互垂直，軸向分布不同位置絲上的電流信號反映束流軸向位置分布信號。

該探測靶頭測量引出區(qū)束流位置信息的方法為：

靜電偏轉(zhuǎn)板后端采用徑向插入探針測束流軸向信號，通過不同絲的信號分布判斷束流偏上或偏下；磁通道端口束流測量采用徑向步進(jìn)插入，測量原理與靜電偏轉(zhuǎn)板相同可獲得軸向位置，傳動桿點(diǎn)動形式至不同位置測量，對比不同點(diǎn)的位置信息，獲得徑向信號。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明探測靶頭可通過不同絲上的電信號強(qiáng)弱以及傳動桿點(diǎn)動的運(yùn)動模式測量分別獲得束流的軸向和徑向位置信息，從而進(jìn)行束流的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)加速器穩(wěn)定高效運(yùn)行；徑向信息的采集選用傳動桿徑向間歇運(yùn)動的形式避免了在加速器鐵軛垂直開孔測量方式，同時(shí)相對于固定式測量方案位置分辨率更高，具有高分辨率、高精度、測量簡便、無需開腔即可更換探針的特點(diǎn)。

附圖說明

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為本發(fā)明一種用于超導(dǎo)回旋加速器引出區(qū)束流測量探測靶頭剖視圖；

圖中標(biāo)號：1-鎢絲、2-陶瓷塊、3-連接桿、4-第一螺釘、5-鋁合金連接件、6-傳動桿、7-第二螺釘。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種用于超導(dǎo)回旋加速器引出區(qū)束流測量探測靶頭，參考附圖1，包括探針靶頭及固接結(jié)構(gòu)；

其中，探針靶頭由多絲探針、陶瓷塊2、連接桿3構(gòu)成；多絲探針的絲材料選用鎢絲1；陶瓷塊2呈圓柱形形狀，其沿其軸向設(shè)有通孔，陶瓷塊2選用絕緣氮化鋁陶瓷；連接桿3內(nèi)部為空心設(shè)置；

首先，鎢絲1一端部穿過陶瓷塊上的通孔伸入連接桿3內(nèi)，鎢絲1通過焊接固接在陶瓷塊2中，陶瓷塊2采用同樣方法與連接桿3一端固定形成一個(gè)組件，上述設(shè)計(jì)方便絲與絲之間以及絲與連接桿的信號屏蔽；

固接結(jié)構(gòu)包括鋁合金連接件5、第一螺釘4、第二螺釘7與傳動桿6；鋁合金連接件5內(nèi)部為空心設(shè)置，其兩端部呈臺階口形狀；傳動桿6內(nèi)部為空心設(shè)置；

連接桿3與傳動桿6通過鋁合金連接件5拼接，然后采用第一螺釘4、第二螺釘7固定；具體地，鋁合金連接件5的兩端分別插入在連接桿3與傳動桿6內(nèi)，連接桿與傳動桿在側(cè)面設(shè)有螺釘孔，鋁合金連接件5與連接桿3的環(huán)側(cè)面通過第一螺釘4連接，鋁合金連接件5與傳動桿6的環(huán)側(cè)面通過第二螺釘7連接；位于連接桿3內(nèi)的鎢絲一端部伸入至鋁合金連接件5空心內(nèi)；

因?yàn)閭鲃訔U6與后續(xù)的傳動機(jī)構(gòu)是固定的，在運(yùn)行和調(diào)試期間先把多絲探針頭部鎢絲組件與鋁合金連接件通過第一螺釘4固接，后再與傳動桿6通過第二螺釘7固接，保證鎢絲1進(jìn)入主機(jī)內(nèi)部后的橫向截面是與束流通道的端面相平行，束流轟擊靶絲所產(chǎn)生的電流信號更直觀反映束流軸向位置信息；傳動桿6推動靶頭運(yùn)動到所需位置后，在傳動桿6撤出過程中進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)測量，在測量結(jié)束后傳動桿6撤出，拆除第一螺釘4、第二螺釘7可進(jìn)行靶頭的更換。

上述技術(shù)方案中：多絲埋入陶瓷圓柱中，該陶瓷與空心連接桿3焊接組成組合件，傳動機(jī)構(gòu)推動靶頭徑向運(yùn)動，獲取分析束流轟擊靶頭不同位置的靶絲所產(chǎn)生的電流信號來判斷束流的位置信號。

多絲探針的鎢絲擺放位置與束流方向相互垂直，軸向分布不同位置絲上的電流信號反映束流軸向位置分布信號。

多根鎢絲通過焊接固接在陶瓷塊中，陶瓷與連接桿3釬焊來保證二者同軸線，絲、陶瓷、連接桿三者組成一個(gè)組件。

連接桿與傳動桿在側(cè)面設(shè)有螺釘孔，實(shí)現(xiàn)多絲靶頭的可更換。

探測靶頭的多絲探針絲材料選用鎢，束流轟擊絲材料產(chǎn)生二次電子的發(fā)射系數(shù)較高，二次電子逃逸數(shù)目多，電荷差明顯，沉積于絲內(nèi)部的帶正電粒子相對其他材料更多，信噪比較高。

陶瓷塊設(shè)有通孔一方面用于焊接絲，另一方面用于纏繞連接桿內(nèi)設(shè)有的信號引出線，陶瓷將絲與絲之間，絲與連接桿之間實(shí)現(xiàn)信號屏蔽。

探測靶頭測量方式為：靜電偏轉(zhuǎn)板后端采用徑向插入探針測束流軸向信號，通過不同絲的信號分布判斷束流偏上或偏下；磁通道端口束流測量采用徑向步進(jìn)插入，測量原理與靜電偏轉(zhuǎn)板相同可獲得軸向位置，傳動桿點(diǎn)動形式至不同位置測量，對比不同點(diǎn)的位置信息，獲得徑向信號。

本發(fā)明的探測靶頭主要由6根直徑為1mm的鎢絲、絕緣氮化鋁陶瓷、連接件、空心傳動桿組成。此種結(jié)構(gòu)的探測靶頭可通過不同絲上的電信號強(qiáng)弱以及傳動桿點(diǎn)動的運(yùn)動模式測量分別獲得束流的軸向和徑向位置信息，從而進(jìn)行束流的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)加速器穩(wěn)定高效運(yùn)行；徑向信息的采集選用傳動桿徑向間歇運(yùn)動的形式避免了在加速器鐵軛垂直開孔測量方式，同時(shí)相對于固定式測量方案位置分辨率更高，具有高分辨率、高精度、測量簡便、無需開腔即可更換探針的特點(diǎn)。

本發(fā)明基于質(zhì)子轟擊靶材料發(fā)生核反應(yīng)來測次級電子逃逸后殘留于材料內(nèi)的正電荷數(shù)目形成的電流信號間接判斷束流位置信息，是一種非攔截式的測量。

應(yīng)用于束流診斷核反應(yīng)電荷測量原理：在束流垂直轟擊靶頭不同位置的絲時(shí)發(fā)生核反應(yīng)，對二次電子最大動能進(jìn)行估算，已知引出區(qū)質(zhì)子能量約200mev；二次電子能量公式：

其中，emax是二次電子的最大能量；me、mp分別是電子和質(zhì)子的質(zhì)量；ep是入射質(zhì)子的能量；θ是入射質(zhì)子與出射電子之間的夾角。

對于入射質(zhì)子能量約為200mev，產(chǎn)生的二次電子最大動能不超過400kev，由于產(chǎn)生的二次電子的動能小于電子的靜止能量，在此可忽略二次電子的相對論效應(yīng)，則:

me＝me0(2)

二次電子動能為：

在相同的磁場下，二次電子與質(zhì)子的回旋比為

對于多探頭，兩絲之間距離至少要保持2re間距，據(jù)此設(shè)計(jì)絲間距為2mm，這樣才能保證產(chǎn)生的二次電子逃逸并能避免飛到鄰近絲上。二次電子逃逸后絲內(nèi)部殘留的帶正電的粒子以及電子逃逸的相對運(yùn)動形成電流，通過測量每根絲電流大小分析束流位置，該方法測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，同時(shí)靶頭可作間歇運(yùn)動進(jìn)行實(shí)時(shí)測量并反饋位置信息，位置精度更高。

以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。