[發明專利]一種用于高能粒子加速器的束屏

有效

• 申請號: 201910631660.2
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110536535B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 王潔;王盛;范佳錕;許章煉;高勇;游志明;楊尚輝;張倩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;H05H7/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種用于高能粒子加速器的束屏，束屏第一壁位于束屏第二壁的外側，第一冷卻劑通道及第二冷卻劑通道均位于束屏第一壁與束屏第二壁之間，且第一冷卻劑通道的外壁及第二冷卻劑通道的外壁均與束屏第一壁的內壁及束屏第二壁的外壁相接觸；束屏第一壁上沿軸向開設有第一通槽及第二通槽，其中，第一通槽正對第一冷卻劑通道，且第一通槽通過第一冷卻劑通道封閉，第二通槽對應第二冷卻劑通道，且第二通槽通過第二冷卻劑通道封閉，束屏第二壁上沿軸向開設有第三通槽及第四通槽，束屏第一壁的內壁上沿軸向設置有散熱塊，散熱塊上設置有第三冷卻劑通道，該束屏能夠有效的提高超級質子?質子對撞機中束流管道的散熱性能。

技術領域

本發明涉及一種束屏，具體涉及一種用于高能粒子加速器的束屏。

背景技術

超導技術已成為高能粒子加速器的關鍵技術之一，其運行需要大型氦低溫制冷系統。加速器中高強度粒子束流在運行過程中會通過不同的物理過程在真空室內壁產生能量沉積。為了提高真空管道內的散熱能力，需要采用位于超導磁鐵內部的束屏來攔截和轉移這些熱負載。與低溫恒溫器的熱泄漏相比，束流作用在真空室壁的熱負載會更大。束屏(beam screen)作為高能粒子加速器超高真空系統的一部分，主要有兩個重要功能。一是通過束屏的開口來降低束流管道上低溫冷凝氣體分子的同步輻射光/離子/電子致解吸產額，從而降低壓強不穩定性。二是攔截和轉移同步輻射/鏡像電流/電子云等引起的熱負載，為超導磁鐵的正常工作提供良好且穩定的工作溫度。由于超導磁鐵內的空間非常狹小，因此，細長束屏的冷卻面臨低溫傳熱和流體流動方面的基礎問題。

1991年，最早的束屏設計方案在大型強子對撞機的設計報告中被提出，質子束在束流管道內運行的過程中，由于同步輻射效應、電子云效應以及鏡像電流等因素，會產生大量的熱載荷。這些熱載荷將增加制冷系統和真空系統的負荷。在1.9K的溫度下除去1W的功率需要將近1kW的電能。因此，需要通過束屏來轉移熱負載，同時降低制冷系統的負荷。

以我國提出的超級質子-質子對撞機為例，其設計周長為100km，對撞質子束的能量為37.5TeV^[1]。要使質子束在管道內穩定運行，需要的磁場強度為12T。對于超級質子-質子對撞機而言，超導磁鐵需要工作在極低的溫度下。因此，管道內產生的熱負載需采用束屏來吸收，并通過冷卻管道將熱量轉移，這對束屏的導熱性能是一個極大的挑戰。

在大型強子對撞機中，當束流能量為7TeV時，束流產生的同步輻射功率為0.17W/m^[2]。而在超級質子-質子對撞機中，當束流能量為37.5TeV時，同步輻射功率為16.49W/m。大型強子對撞機的束屏采用兩根窄細管道對其進行冷卻。很顯然，如果采用大型強子對撞機的束屏設計參數，是不能滿足超級質子-質子對撞機的散熱要求。因此，需要設計一種適用于未來超級質子-質子對撞機的新型束屏，用于提高超級質子-質子對撞機中束流管道的散熱性能，以確保束流的穩定運行。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種用于高能粒子加速器的束屏，該束屏能夠有效地提高超級質子-質子對撞機中束流管道的散熱性能。

為達到上述目的，本發明所述的用于高能粒子加速器的束屏包括冷管壁以及位于冷管壁內的束屏第一壁、束屏第二壁、第一冷卻劑通道、第二冷卻劑通道；

束屏第一壁位于束屏第二壁的外側，第一冷卻劑通道及第二冷卻劑通道均位于束屏第一壁與束屏第二壁之間，且第一冷卻劑通道的外壁及第二冷卻劑通道的外壁均與束屏第一壁的內壁及束屏第二壁的外壁相接觸；

束屏第一壁上沿軸向開設有第一通槽及第二通槽，其中，第一通槽正對第一冷卻劑通道，且第一通槽通過第一冷卻劑通道封閉，第二通槽對應第二冷卻劑通道，且第二通槽通過第二冷卻劑通道封閉，束屏第二壁上沿軸向開設有第三通槽及第四通槽，束屏第一壁的內壁上沿軸向設置有散熱塊，散熱塊上設置有第三冷卻劑通道，束屏第一壁上開設有若干排氣孔。

所述散熱塊的橫截面為三角形結構。