本技術(shù)屬于加速器及核物理，尤其涉及一種兼顧熔合蒸發(fā)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物收集的設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、合成新核素、登陸超重核穩(wěn)定島是核物理研究的前沿和熱點(diǎn)。目前，基于熔合蒸發(fā)反應(yīng)，人們已合成了最重的118號(hào)元素。受反應(yīng)機(jī)制影響，熔合蒸發(fā)反應(yīng)無(wú)法合成豐中子核素。理論計(jì)算表明，多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)在合成豐中子重核時(shí)具有截面優(yōu)勢(shì)，可能是一條登陸超重核穩(wěn)定島的新途徑。但多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物具有較大的角度和能量分布，目前國(guó)際上尚無(wú)合適的收集裝置。多核子轉(zhuǎn)移其反應(yīng)產(chǎn)物有較大的角度分布，難以收集。根據(jù)物理計(jì)算，多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物的中心角分布在30°至60°范圍內(nèi)。超導(dǎo)螺旋管分離器具有大的接收度，對(duì)多核子轉(zhuǎn)移產(chǎn)物、熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物具有高的收集效率和好的本底抑制能力，產(chǎn)物束流的收集和聚焦是通過(guò)超導(dǎo)螺旋管來(lái)完成的，由于超導(dǎo)螺旋管勵(lì)磁強(qiáng)度和孔徑的限制，接收角度≤±13°。

2、而在現(xiàn)有技術(shù)中，由于融合蒸發(fā)反應(yīng)打靶后的產(chǎn)物通常是在生成后無(wú)偏轉(zhuǎn)的流向下一級(jí)，因此在下一級(jí)設(shè)備收集時(shí)，往往不需要進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，也即偏轉(zhuǎn)角度為0°。而多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物則是會(huì)偏轉(zhuǎn)30°至60°，那么設(shè)計(jì)的下一級(jí)設(shè)備則需要進(jìn)行相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)以配合產(chǎn)物收集。

3、多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)如何在30-60度范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)收集，且保證整個(gè)收集機(jī)構(gòu)在真空密封情況下實(shí)現(xiàn)大角度的偏轉(zhuǎn)。同時(shí)在融合蒸發(fā)反應(yīng)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)所用設(shè)備大部分一致的情況下，僅因?yàn)椴糠纸Y(jié)構(gòu)需要調(diào)整即需要設(shè)計(jì)兩套設(shè)備，這造成的成本過(guò)大，不利于降本增效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是研制一臺(tái)小型超導(dǎo)螺旋管分離器樣機(jī)，用于驗(yàn)證多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物的收集效果，同時(shí)兼顧熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物的收集。根據(jù)兩種反應(yīng)產(chǎn)物的分布特點(diǎn)，收集熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，分離器將置于0度角；收集多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，分離器靶后設(shè)備置于45度±15度的任意角度上。整個(gè)分離器工作原理為，加速器的束流與高功率轉(zhuǎn)靶作用，未反應(yīng)的主束將被靶后螺旋管中心設(shè)置的法拉第阻擋器元件收集；大角度的核反應(yīng)產(chǎn)物將繞過(guò)法拉第筒在螺旋管磁場(chǎng)作用下被收集向后傳輸，調(diào)節(jié)螺旋管磁場(chǎng)值，可使實(shí)驗(yàn)所需的目標(biāo)離子聚焦在螺旋管后面的像點(diǎn)探測(cè)器上，而其它磁剛度與目標(biāo)離子有差別的產(chǎn)物將被聚焦在不同的位置上，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離子的純化。另外，為了增加目標(biāo)離子的收集效率，分離器設(shè)計(jì)了充he氣的電荷態(tài)平衡系統(tǒng)，he氣壓在小于2mbar范圍內(nèi)可調(diào)。

2、本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本技術(shù)提出一種兼顧熔合蒸發(fā)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物收集的設(shè)備，包括依次連接的差分真空機(jī)構(gòu)、靶腔體機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、以及粒子收集機(jī)構(gòu)，且在差分真空機(jī)構(gòu)、靶腔體機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、粒子收集機(jī)構(gòu)內(nèi)部形成傳輸通道；

4、其中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與粒子收集機(jī)構(gòu)固定連接或轉(zhuǎn)動(dòng)連接，使粒子收集機(jī)構(gòu)可沿反應(yīng)物傳輸方向進(jìn)行收集靶腔體機(jī)構(gòu)的反應(yīng)物。

5、通過(guò)設(shè)置兩種連接方式的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使得導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能夠?qū)星惑w機(jī)構(gòu)和粒子收集機(jī)構(gòu)以固定的方式和轉(zhuǎn)動(dòng)的方式連接，進(jìn)而提供了粒子收集機(jī)構(gòu)多角度的收集，以滿足一些反應(yīng)的反應(yīng)物有角度的偏轉(zhuǎn)，如多核子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)物的裝置收集，同時(shí)也能兼顧一些無(wú)偏轉(zhuǎn)的反應(yīng)物收集裝置，如熔合蒸發(fā)裝置的收集。通過(guò)上述方式，只需要更換靶腔體上的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的配合下實(shí)現(xiàn)不同角度的產(chǎn)物收集。

6、在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)置有第一連接板、第一基座、第一法蘭、環(huán)形狹縫組件；第一基座設(shè)置在所述第一連接板上，且第一基座內(nèi)部設(shè)置有第一通道，第一法蘭設(shè)置在第一通道的一端，環(huán)形狹縫組件貫穿設(shè)置在第一通道上；

7、環(huán)形狹縫組件包括第一驅(qū)動(dòng)部、第一狹縫部、以及第一基板；第一驅(qū)動(dòng)部設(shè)置在第一基板上，第一狹縫部設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)端進(jìn)行移動(dòng)；第一狹縫部設(shè)置有第一狹縫板和若干第一狹縫，若干所述第一狹縫排布在所述第一狹縫板上。

8、當(dāng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)，其功能為無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要用于適配無(wú)角度的反應(yīng)物產(chǎn)物偏轉(zhuǎn)的反應(yīng)，如熔合蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，通過(guò)設(shè)置無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)的第一基座實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物的無(wú)偏轉(zhuǎn)角度收集，其中第一通道為反應(yīng)物輸出通道，同時(shí)設(shè)置環(huán)形狹縫組件，通過(guò)若干第一狹縫排布，并且每個(gè)第一狹縫的大小可設(shè)置成不同的孔徑，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)部將不同第一狹縫對(duì)位在反應(yīng)物第一通道上，不同環(huán)形縫用于實(shí)現(xiàn)不同發(fā)射角度束流的通過(guò)，其他束流被狹縫板限制。

9、在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)置有第二連接板、第二基座、第二法蘭、以及熒光靶法拉第組件；第二基座設(shè)置在第二連接板上，熒光靶法拉第組件設(shè)置在第二基座上，第二基座設(shè)置有第二通道，

10、熒光靶法拉第組件包括第二驅(qū)動(dòng)部、第一探頭、以及第二基板；第二驅(qū)動(dòng)部設(shè)置在第二基板上，第一探頭設(shè)置在第二驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)端進(jìn)行移動(dòng)；第一探頭設(shè)置有用于剖面測(cè)量的熒光靶頭和用于束流流強(qiáng)測(cè)量的法拉第靶頭，法拉第探頭設(shè)置在所述熒光靶探頭的上端。

11、當(dāng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)，設(shè)置為需要轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要用于適配有角度的反應(yīng)產(chǎn)物偏轉(zhuǎn)的反應(yīng)，如多核子反應(yīng)的產(chǎn)物時(shí)，通過(guò)設(shè)置有可轉(zhuǎn)動(dòng)的第二基座，例如通過(guò)設(shè)置有波紋管的第二基座，第二基座設(shè)通過(guò)波紋管與第二法蘭連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)收集有偏轉(zhuǎn)的反應(yīng)物。通過(guò)設(shè)置熒光靶法拉第組件，提供熒光靶部分用于束流剖面的測(cè)量，法拉第探頭用于束流流強(qiáng)的測(cè)量，當(dāng)需要流強(qiáng)測(cè)量時(shí)法拉第探頭移動(dòng)到束流中心位置，當(dāng)需要剖面測(cè)量時(shí)熒光靶探頭移動(dòng)到束流中心位置。

12、在一些實(shí)施方式中，靶腔體機(jī)構(gòu)設(shè)置有靶腔體盒、轉(zhuǎn)靶、安裝法蘭、靶前熒光靶、切換板、第一分子泵、以及插板閥；安裝法蘭安裝轉(zhuǎn)靶和靶前熒光靶，實(shí)現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)靶與靶腔體盒的密封連接，且安裝法蘭與靶腔體盒可拆卸密封連接；安裝法蘭一側(cè)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)支撐板，轉(zhuǎn)靶轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)支撐板上，靶前熒光靶組件設(shè)置在安裝法蘭的另一側(cè)；第一分子泵設(shè)置在靶腔體的另一側(cè)，且與安裝法蘭的抽動(dòng)方向垂直設(shè)置，插板閥設(shè)置在第一分子泵的一側(cè)；切換板切割靶腔體盒遠(yuǎn)離安裝法蘭的一側(cè)與相鄰一側(cè)形成的夾角設(shè)置；

13、靶前熒光靶組件設(shè)置有第三驅(qū)動(dòng)部、第二探頭和第三基板，第三驅(qū)動(dòng)部(241)設(shè)置在第三基板上，第二探頭設(shè)置在第三驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)端進(jìn)行移動(dòng)；在第三驅(qū)動(dòng)部(241)的驅(qū)動(dòng)端驅(qū)動(dòng)下可移動(dòng)到束流中心。

14、靶腔體是設(shè)置靶點(diǎn)的位置，通過(guò)差分真空機(jī)構(gòu)輸出的束流打靶后，產(chǎn)生的產(chǎn)物由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)向粒子收集機(jī)構(gòu)傳輸。通過(guò)設(shè)置靶腔體一側(cè)設(shè)置安裝法蘭，通過(guò)安裝法蘭能夠?qū)D(zhuǎn)靶進(jìn)行檢修，方便轉(zhuǎn)靶的維護(hù)和檢修，打靶后的第一狹縫部的多個(gè)孔一樣設(shè)置多個(gè)不同孔徑的狹縫，通過(guò)改變對(duì)位的狹縫，實(shí)現(xiàn)所需入射角度的束流通過(guò)。通過(guò)設(shè)置第一分子泵和插板閥以實(shí)現(xiàn)對(duì)靶腔體內(nèi)部進(jìn)行抽真空。

15、在一些實(shí)施方式中，第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通過(guò)第一連接板與切換板連接，或者第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通過(guò)第二連接板與切換板連接。

16、通過(guò)切換板，實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的切換，以使得整個(gè)裝置能具有固定連接或者轉(zhuǎn)動(dòng)連接的方式。

17、在一些實(shí)施方式中，粒子收集機(jī)構(gòu)包括粒子篩選機(jī)構(gòu)、粒子檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；粒子篩選機(jī)構(gòu)一端連接導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，另一端連接粒子檢測(cè)機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)組件，轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)設(shè)置在粒子收集機(jī)構(gòu)下方，轉(zhuǎn)動(dòng)組件設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)下方，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)組件使得轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。

18、粒子收集機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)粒子的收集和分析檢測(cè)，而為了提升檢測(cè)的準(zhǔn)確度，在收集時(shí)往往會(huì)設(shè)置對(duì)粒子的篩選機(jī)構(gòu)，粒子篩選機(jī)構(gòu)不僅可對(duì)未反應(yīng)的粒子進(jìn)行篩選，也能夠進(jìn)一步提升收集反應(yīng)物的效率。同時(shí)，因?yàn)槿缍嗪俗愚D(zhuǎn)移反應(yīng)的產(chǎn)物的收集時(shí)，反應(yīng)物有偏轉(zhuǎn)角度，固設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)有角度偏轉(zhuǎn)的反應(yīng)物收集。

19、在一些實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括弧形齒條、多條弧形導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪、以及轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端，轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪與弧形齒條嚙合；弧形齒條、以及弧形導(dǎo)軌設(shè)置在以靶腔體機(jī)構(gòu)為圓心的圓周上。

20、轉(zhuǎn)動(dòng)組件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪與固定的弧形齒條嚙合，并配合弧形導(dǎo)軌進(jìn)行整個(gè)粒子收集機(jī)構(gòu)進(jìn)行繞靶點(diǎn)進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。

21、在一些實(shí)施方式中，粒子篩選機(jī)構(gòu)包括第一篩選裝置和第二篩選裝置，第一篩選裝置和第二篩選裝置依次連接，并內(nèi)部形成反應(yīng)物通道。

22、粒子篩選機(jī)構(gòu)可設(shè)置有多級(jí)篩選裝置，通過(guò)多級(jí)篩選，可適配對(duì)多種不同反應(yīng)的產(chǎn)物的提純，也能實(shí)現(xiàn)裝置對(duì)反應(yīng)物的多級(jí)提純。

23、在一些實(shí)施方式中，第一篩選裝置為超導(dǎo)螺旋管裝置，超導(dǎo)螺旋管裝置設(shè)置有罐體，罐體中間中空設(shè)置且罐體兩側(cè)中部設(shè)置有安裝通孔，真空管道從安裝通孔穿過(guò)，以使整個(gè)罐體套設(shè)在真空管道外；罐體可沿著真空管道的中心軸方向徑向移動(dòng)；真空管道內(nèi)部設(shè)置有法拉第阻擋器組件，以阻擋0度的主束；真空管道一端連接導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，另一端連接第二篩選裝置；

24、法拉第阻擋器組件包括第一絕緣環(huán)、第二絕緣環(huán)、阻擋器元件、第一可伐、以及第一水冷管；所述第一絕緣環(huán)和所述第二絕緣環(huán)分別設(shè)置在所述真空管道內(nèi)部，所述第一可伐設(shè)置在所述第一水冷管入口端；所述阻擋器元件設(shè)置在所述第一絕緣環(huán)和第二絕緣環(huán)之間。

25、第一篩選裝置可以是超導(dǎo)螺旋管，通過(guò)超導(dǎo)螺旋管中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使得反應(yīng)物能夠在真空管道內(nèi)部被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后向后傳輸，不需要的主要束流被被阻擋器元件阻擋，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)物和非反應(yīng)物的分離。

26、在一些實(shí)施方式中，第二篩選裝置包括環(huán)形臺(tái)架、以及多個(gè)遮擋組件；

27、環(huán)形臺(tái)架包括臺(tái)架主體、以及管道主體；管道主體設(shè)置在臺(tái)架主體上，管道主體內(nèi)部設(shè)置有反應(yīng)物流道；遮擋組件環(huán)設(shè)在管道主體上；

28、遮擋組件包括第四驅(qū)動(dòng)部、第四基板、以及遮擋部；第四驅(qū)動(dòng)部設(shè)置在第四基板上，第四驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)遮擋部在第二通道內(nèi)移動(dòng)遮擋。

29、第二篩選裝置通過(guò)遮擋部和驅(qū)動(dòng)部的配合，以遮擋非反應(yīng)物，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)物的刮束和提純。

30、在一些實(shí)施方式中，粒子檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括檢測(cè)箱體、氣體探測(cè)器檢測(cè)組件、檢測(cè)驅(qū)動(dòng)組件；

31、檢測(cè)驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置在檢測(cè)箱體一側(cè)，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)組件的驅(qū)動(dòng)部設(shè)置在腔體外部部，驅(qū)動(dòng)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)臺(tái)，氣體探測(cè)器檢測(cè)組件設(shè)置在驅(qū)動(dòng)臺(tái)上移動(dòng)述檢測(cè)箱體側(cè)面設(shè)置有開(kāi)關(guān)門(mén)結(jié)構(gòu)。

32、通過(guò)檢測(cè)裝置，包括電離室探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)箱體內(nèi)部收集的束流進(jìn)行檢測(cè)。

33、在一些實(shí)施方式中，差分真空機(jī)構(gòu)包括多個(gè)束流裝置和法拉第裝置；多個(gè)束流裝置內(nèi)部設(shè)置有可連通的束流腔體且依次連接后，多個(gè)束流裝置內(nèi)部成束流通道并設(shè)置有第二分子泵對(duì)通道內(nèi)進(jìn)行抽真空，束流通道設(shè)置有入流口和出流口，入流口與加速器真空管道相連，出流口連接靶腔體機(jī)構(gòu)。

34、差分真空通過(guò)差分技術(shù)實(shí)現(xiàn)加速器與分離器的真空過(guò)渡；保證加速器腔體的超過(guò)真空要求，同時(shí)滿足分離器的低氣壓工作模式。

35、在一些實(shí)施例中，束流裝置包括安裝法蘭、束流探頭、第二可伐、刮束環(huán)、多根連接桿、以及導(dǎo)流管；多根連接桿一端設(shè)置在安裝法蘭上，束流探頭、以及刮束環(huán)分別連接在束流連接桿的另一端，第二水冷管一端與外部冷卻液源連接且設(shè)置在安裝法蘭上，第二可伐一端設(shè)置在第二水冷管的另一端，第二可伐的另一端與刮束環(huán)連接，且刮束環(huán)和束流位置探頭均設(shè)置在束流通道中。

36、束流裝置還設(shè)置有刮束環(huán)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)雜散束流的阻擋，將通過(guò)的束流限制在一定的范圍內(nèi)，為了減少外部束流通過(guò)時(shí)沉積的熱量過(guò)大導(dǎo)致?lián)p壞刮束環(huán)，通過(guò)冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步冷卻刮束環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)刮束環(huán)的保護(hù)。

37、在一些實(shí)施方式中，法拉第裝置包括第五驅(qū)動(dòng)部、第五基板、以及法拉第組件，第五驅(qū)動(dòng)部設(shè)置在第五基板上，第五驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)法拉第組件在所述束流通道中移動(dòng)。

38、通過(guò)驅(qū)動(dòng)法拉第探頭在束流通道中的移動(dòng)，可對(duì)束流通道的束流進(jìn)行流強(qiáng)檢測(cè)。

39、本發(fā)明的一種兼顧熔合蒸發(fā)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物收集的設(shè)備起到的有益效果是：

40、通過(guò)在依次連接的差分真空機(jī)構(gòu)、靶腔體機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、以及粒子收集機(jī)構(gòu)形成的兼顧熔合蒸發(fā)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物收集的設(shè)備中，設(shè)置有可固定連接或轉(zhuǎn)動(dòng)連接的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以使得使粒子收集機(jī)構(gòu)可沿反應(yīng)物傳輸方向進(jìn)行收集靶腔體機(jī)構(gòu)的反應(yīng)物。上述裝置進(jìn)一步能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熔合蒸發(fā)和多核子轉(zhuǎn)移反應(yīng)兩種實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)合，減少多臺(tái)設(shè)備的研發(fā)。