[發明專利]一種適用于高功率束流的薄膜降能器

在審

• 申請號: 202110319140.5
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112911783A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 李智慧;陳偉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;H05H13/00
• 代理公司: 成都中弘信知識產權代理有限公司 51309
• 代理人: 金苗

本發明公開了一種適用于高功率束流的薄膜降能器，包括真空管，位于所述真空管內部、且內部中空的銅基座，環繞安裝在所述銅基座內部的冷卻水裝置，設置在銅基座內部的薄膜，和設置在所述真空管管壁上、支撐固定所述銅基座的支撐底座，所述銅基座與所述真空管同軸設置，本發明通過在銅基座內部設置冷卻水裝置，冷卻水裝置能夠跟設置在銅基座內的薄膜進行熱交換，吸收沉積在薄膜中的熱量，降低薄膜的熱負載，使薄膜能夠正常工作，進而保證在高功率束流下降能器的正常使用。

技術領域

本發明屬于粒子加速器領域，具體涉及一種適用于高功率束流的薄膜降能器。

背景技術

在粒子加速器領域，特別是引出束流能量固定的回旋加速器領域，為了滿足不同的應用需求，往往需要采用能量選擇系統對粒子束流的能量進行調節，束流能量選擇系統中最為核心的部件就是降能器，其主要作用是調節束流的能量，目前世界上所涉及的降能器主要應用在癌癥、腫瘤治療等醫用治療系統，例如，瑞士PSI、比利時IBA、日本住友公司均采用類似的多楔型結構降能系統，如圖1所示。這種降能器由兩塊包含若干楔形體的石墨塊構成，兩塊石墨快可相對移動，從而改變束流路徑上的石墨厚度，達到改變束流能量的目的；通過降能器后的束流流強基本不變，而束流品質，發射度與散射角要變大，這種降能器可以在80-100ms內使束流路徑上的石墨厚度改變5mm，適用于快速點掃描治療和移動靶體用的體積重復掃描法，但是這種降能器僅適用于低流強、高能量的質子及重離子，粒子單核能一般在100MeV以上束流的能量調節，并不適用于對加速器引出的能量較低的粒子束流的能量調節，例如：在乏燃料輻照萃取實驗中需將加速器引出的30MeV的束流能量降低到萃取實驗能量要求4-7MeV。

土耳其原子能研究院質子加速器設施研發室(TAEA PAF)建造的真空完全自動化輻照系統，可使流強低至皮安量級的質子束流能量在2-30MeV之間進行調節，其中的能量降低系統可讓從回旋加速器引出的能量在15-30MeV之間的質子束流能量降低至2MeV，如圖2所示。該系統包括一個用來作為束流垃圾桶并測量質子束流強的法拉第杯，5個箔片夾持器可容納不同厚度和材料的準直器和薄膜，以獲得特定的束流能量，鋁支架上箔的有效面積為16cm²，系統易于安裝和更換，五個箔片夾持器和法拉第杯可以通過獨立控制的氣動活塞拔出或推進到束流傳輸路徑上，但是降能器只適用于流強低至皮安的束流的能量調節，適用范圍窄；隨著流強增大，沉積在降能器薄膜中的熱功率越大，薄膜就無法正常工作，進而導致降能器無法工作；所以現在急需開發出一種能夠對高流強束流進行調節，且適用范圍寬的降能器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于高功率束流的薄膜降能器，尤其適用于百瓦量級功率束流，以解決在現有技術的降能器中，隨著流強增大，降能器熱負載過大無法正常工作等問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種適用于高功率束流的薄膜降能器，包括真空管，位于所述真空管內部、且內部中空的銅基座，環繞安裝在所述銅基座內部的冷卻水裝置，設置在銅基座內部的薄膜，和設置在所述真空管管壁上、支撐固定所述銅基座的支撐底座，所述銅基座與所述真空管同軸設置。

優選的，所述冷卻水裝置包括環繞在所述銅基座壁內部的環繞水管、和與所述環繞水管連通的進水管和出水管，所述進水管和水管另一端穿過所述支撐底座延伸至所述真空管外。

優選的，所述銅基座中空的部分為“T”形中空結構，所述“T”形中空結構包括上中空結構和下中空結構，所述薄膜設置在上中空結構中。

優選的，所述薄膜通過螺套壓蓋固定安裝在所述銅基座內部。

優選的，所述螺套壓蓋包括同軸連接的上蓋和下蓋、以及貫穿所述上蓋和下蓋中心的通孔。

優選的，所述上蓋半徑大于上中空結構的半徑，所述下蓋半徑與上中空結構的半徑相同，所述通孔半徑與下中空結構半徑相同。