[發明專利]一種束流窗口設備

在審

• 申請號: 201811058478.4
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN108901117A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 王海靜;王鵬程;孟才;朱東輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 郭棟梁

本申請屬于加速器技術領域，涉及一種用于加速器的束流窗口設備，尤其涉及一種適用于高功率高流強的束流窗口設備。該束流窗口設備至少包括一個束流窗口，所述束流窗口至少包括一層石墨烯紙層。進一步地，束流窗口還可以包括加強層，所述加強層設置在所述石墨烯紙層一側面或兩側面的邊緣區域和/或全部區域。該束流窗口設備可以使束流通過窗口時的束流損失和能量損失大幅度減少，散熱效果大幅提高，設備厚度相對較小；而且其構造簡單，采用的加強層和石墨烯紙層材料易加工，安全性能高。

技術領域

本申請屬于加速器技術領域，涉及一種用于加速器的束流窗口設備，尤其涉及一種適用于高功率高流強的束流窗口設備。

背景技術

束流窗口是加速器的重要設備之一，用于隔離不同的氣氛環境，例如真空與氦氣，高真空與低真空等。通常情況下，束流穿過窗口之后才能進入靶區進行打靶或其他實驗環境，因此，束流窗口需有一定的真空性能、承壓能力、導熱性能及耐高溫性能，以避免大量的熱沉積可能帶來的不良影響和危害，例如破壞真空。此外，由于束流窗口的工作環境，還需要束流窗口有一定的抗輻照性能，以避免窗口受輻照后產生老化影響窗口性能。束流窗口還應盡可能的選擇低Z數的材料并減小厚度，以盡量減少束流穿過時產生散射帶來的束流損失。

一方面，當前加速器束流窗口主要采用金屬材料，且一般采用水冷散熱，由此束流窗口一般厚度較大，且由于金屬材料導致的散射及熱沉積問題，使束流能量損失和功率損失較大，而散熱效果卻非常有限。另一方面，光源光束窗口一般采用鈹材料，鈹有毒，其加工制備比較困難。

隨著高功率粒子加速器的發展，束流窗口在傳熱、強度等方面遇到瓶頸，尤其是束流功率5MW以上窗口，目前國際上沒有先例。關于研究適用于束流功率5MW以上的窗口設備，溫度及應力是主要制約因素。即使現有的適用于5MW以下的高功率束流窗口，也廣泛存在束流損失、功率損失較大的問題。

換言之，既要滿足高功率高流強的粒子加速器的真空與抗輻射需求，還要在窗口散熱及強度方面有技術上的突破是當前高功率束流窗口設備研究的方向。

鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，本申請的發明者期望提供一種束流窗口設備，其采用石墨烯材料，使該設備達到一定的真空性能、優異的抗壓和導熱性能，克服了上述現有技術不足；而且，通過與其他材料和工藝的組合，其構造更有效地減少束流損失和功率損失問題。該束流窗口設備與當前國際水平上束流窗口設備相比較，允許的束流功率提高一個量級以上，尤其適用于束流功率5MW以上的粒子加速器。此外，還能滿足并適用于不同功率的粒子加速器。

發明內容

基于上述目的，一方面，本申請創新性地提供一種束流窗口設備，所述束流窗口設備至少包括一個束流窗口，所述束流窗口至少包括一層石墨烯紙層。

具體地，所述束流窗口設備與束流管道連接。

所述石墨烯紙厚度為10-200μm。

所述束流窗口設備包括一個束流窗口，所述束流窗口至少包括一層石墨烯紙層。

所述石墨烯紙層與所述支撐密封組件連接。

所述束流窗口設備與束流管道連接。進一步地，通過焊接、緊固組件或法蘭等任一方式將所述束流窗口設備連接至束流管道。

所述束流窗口還可以包括加強層，所述加強層設置在所述石墨烯紙層一側面或兩側面的邊緣區域和/或全部區域。

進一步地，所述束流窗口包括部分加強層，其中，所述部分加強層位于所述石墨烯紙層的一側面或兩側面的局部區域上。優選的，所述部分加強層被沉積至所述石墨烯紙層的邊緣區域，其中，所述邊緣與被束流穿過的中心區域相對而言，在所述石墨烯紙基底層上，未沉積所述加強層的區域面積等于或大于束斑σ，其中σ為束斑分布方差。可選擇性地，所述束流窗口可以包括一層或兩層加強層，其中，所述一層或兩層加強層位于所述石墨烯紙層的一側面或兩側面上。