[发明专利]一种回旋加速器内离子源更换装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种回旋加速器内离子源更换装置及其使用方法，尤其是一种具有结构简单、操作方便、定位精准的回旋加速器内离子源更换装置及其使用方法。

背景技术

回旋加速器(Cyclotron)它是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器。最简单的回旋加速器由两个D形的至于均匀磁场中的铜质腔组成。一个高频振荡器跨接于两个腔之间。显然，只有两个腔之间的空隙中才存在电场，带电粒子也只有通过空隙时才获得能量。两个腔被密封在真空室中，以减小与空气分子碰撞而引起的能量损失。

当电荷被空隙中的电场加速进入某一个D形腔时，加速过程开始，一旦电荷进入该腔，将沿半圆形路径运动。腔中没有电场，所以带电粒子速度保持不变。如果振荡器的频率与回旋频率相同，那么，带电粒子到达空隙的时候外加电压极性正好改变，空隙中的电场方向随之改变，使粒子得到加速又进入另一D形腔，这时粒子运动的半径也就大了一些。这样，粒子每次通过空隙都获得一些动能，从而进入更大半径的运动轨道。这一过程一直重复到粒子从D形腔的边界射出。带电粒子的动能与D形腔的半径有关。当磁通密度给定时，带电粒子的动能只能靠腔半径的增大而增大。

回旋加速器中带电离子发生装置，叫做离子源(英文名称：Ion source)。离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。

离子源作为回旋加速器产生离子的源头，是回旋加速器核心部件之一。内离子源由于工作时阴极材料的消耗和损失，具有一定的工作寿命。随回旋加速器工作时间增加，内离子源里的阴极材料损耗和清洗阳极附着物增加，需要定期更换和维护内离子源，保持内离子源的高工作效率。大多数回旋加速器通过开腔来更换内离子源，然而这样的更换方式会破坏主机的真空，延误加速器的正常工作时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有结构简单、操作方便、定位精准的回旋加速器内离子源更换装置及其使用方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种回旋加速器内离子源更换装置，包括第一连接法兰、第二连接法兰、真空抽气口、支撑平台、调节螺母、离子源头部、手动插板阀、支架、内套管、外套管、第三连接法兰；

所述离子源头部安装在内套管顶部，内套管竖直安装在外套管内，外套管分为上段外套管、中段外套管、下段外套管，上段外套管、中段外套管、下段外套管通过第二连接法兰和第一连接法兰连接，上段外套管上安装有手动插板阀和真空抽气口；所述下段外套管下方竖直固定在支撑平台顶部，所述支撑平台右侧设置有与支架滑道配合的滑块，支撑平台通过滑块安装在支架上；

所述内套管和外套管的中轴线重合；

所述手动插板阀为设置在内套管和外套管之间空隙的闭气开关；

所述支撑平台通过滑块沿支架滑行并固定；

所述真空抽气口连接真空泵，在工作状态时，保持内套管和外套管之间间隙的真空状态；

所述第三连接法兰安装在上段外套管顶部；

所述第一连接法兰、第二连接法兰、第三连接法兰内均安装有密封圈，保持外套管内的密封性；

所述离子源头部的顶部安装内离子源。

一种回旋加速器内离子源更换装置的使用方法，该方法包括内离子源拆卸方法和内离子源安装方法，其中，

内离子源拆卸方法包括以下步骤：

步骤S101、真空抽气口连接真空泵一直工作保证内套管和外套管之间空隙的真空度，拆卸回旋加速器上的第一连接法兰的固定卡钳，并手动缓慢向下移动下段外套管，当离子源头部移动到原手动插板阀高度后，手动关闭手动插板阀；

步骤S102、关闭真空泵，卸下第二连接法兰的卡钳；

步骤S103、将内离子源从离子源头部上卸下，完成拆卸。

内离子源安装方法包括以下步骤：

步骤S201、将上段外套管底部上下端口分别第三连接法兰、第二连接法兰，内套管安装在上段外套管内，保持内套管和上段外套管中心轴重合；

步骤S202、在中段外套管上下端口安装第二连接法兰和第一连接法兰，中段外套管通过第一连接法兰，固定在下段外套管顶部；

步骤S203、将内离子源安装在离子源头部上，再将上段外套管通过第二连接法兰固定在中段外套管顶部；

步骤S204、关闭手动插板阀，开启真空抽气口连接的真空泵，当手动插板阀上下内套管和外套管之间间隙真空度一致时，开启手动插板阀；