一种插片式辐照实验样品架

技术领域

本发明涉及回旋加速器引出束流应用技术领域，具体是一种用于回旋加速器引出束流线末端辐照实验样品的装置。

背景技术

原子能院-回旋中心建造的100MeV回旋加速器共有五条束流线，其中一条为质子辐照专用束流线，利用该条线进行军用或民用产品样品的抗质子辐射的辐照实验。

现有技术的抗质子辐射的辐照实验采用基于有限样品数量的可移动平面样品架，该平面样品架上的样品之间上下左右间隔一定距离平铺在样品架上，质子福照时移动样品架，使得样品架上不同位置的样品分时移动到束流的出口，从而完成分时质子照射实验。

现有技术这种基于有限数量的分时照射的方法存在的最大问题是，不能满足用户同时照射多片样品的需求。由于每个样品质子照射需要较长时间才能达到检测抗辐射能力，最长照射时间长达20度个多小时，如果完成多个样品的照射至少需要2-3天的时间，还由于质子照射一次的费用很高，分时照射的方法使得用户的试验成本加大很多倍。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种插片式辐照实验样品架，目的在于解决现有技术分时照射方法占时长和费用高的问题。

本发明为解决其技术问题，提出以下技术方案。

一种插片式辐照实验样品架，其特点是：包括左右方向布设的限束法兰、以及插片式辐照实验样品架；该限束法兰轴向中心处开有与质子束流传输线相对应的通孔、通孔的一端连接束流线末端、另一端连接的插片式辐照实验样品架，束流线末端的束流从限速法兰通孔的一端穿过、辐射到限速法兰另一端的插片式辐照实验样品架上。

所述插片式辐照实验样品架沿束流线穿透方向前后共排布39个插槽，最多可同时照射39组样品，也可根据具体实验需求递减样品组数。

所述与质子束流传输线相对应的通孔，根据实验用户照射野的需求，该通孔尺寸为40x40mm，同时沿法兰中心轴向均匀分布有8条直径为φ8.5的通孔，用于限束法兰与质子束流线末端法兰紧固连接；同时在距离中心方孔下边线12mm的位置开了四条M3的沉头螺钉，用于与插槽式样品承接架的连接，尺寸对应插槽式样品承接架上的预留安装尺寸为22x7mm,同时在该限束法兰上还预留了两个M5的螺纹孔该处可用于连接两条M5长螺钉来支撑插槽式样品承接架。

该插槽式样品承接架设有与限束法兰连接的连接块，该连接块与插片式辐照实验样品架为一个整体；该插槽式样品承接架与限束法兰相连接的为插槽式样品承接架的连接块，连接块上预留安装尺寸为22x7mm的通孔，四条M3螺钉从限束法兰沉头螺孔内沉入，然后在连接块的后端面通过螺母拧紧，在连接块中间镂空40x30mm的安装空间，作为扳手紧固螺母的空间。

该39个插槽，每个插槽宽度为3mm,插槽的壁厚为2mm，实验样品通常只有几微米，实验时是将只有几微米厚度的样品贴在厚度为0.3mm厚的铝板上，然后将贴有样品的铝板插在插槽式样品承接架的插槽里。

该插槽式样品承接架采用3d打印加工而成，打印材料为光敏树脂。

本发明的优点效果

1、本发明用插片式辐照实验样品架代替了平面移动式实验样品架，取得了预想不到的效果。具体为限束法兰与质子束流线末端法兰紧固连接、插片式辐照实验样品架与连接块一体化设计、限束法兰通过连接块连接插片式辐照实验样品架连接、插槽式实验样品架设有插片区和照射区、照射区对准束流孔道辐射的区域，通过以上结构实现了用前后罗列的插片式实验样品架代替平面移动式实验样品架，再通过计算质子在铝中的射程，最后计算出插片式辐照实验样品架可以同时辐照的最多插片。和现有技术的平面式可移动的样品架相比，变分时照射改进为并行照射，而且并行照射的样品数量达到最大化，有效节省了辐照时间，大幅度降低了用户的成本。

2、本发明将插片式辐照实验样品架、核物理计算技术巧妙结合：插片式辐照实验样品架插槽数量的设计离不开核物理计算技术，核物理计算技术依赖于插片式辐照实验样品架的结构才得以发挥作用，二者相互支持、相互依赖，组合以后相比组合以前各自独立的效果要优越得多，具有突出的实质性特点和显著进步。

3、本发明插槽式样品承接架采用3d打印加工而成，打印材料为光敏树脂，整个加工过程只要2小时多，相比采用机械切割手段对铝材料进行切割的方法，加工时间大大缩短，同时采用低成本的光敏树脂材料代替铝材料，材料成本也大为降低。

附图说明

图1为插片式辐照实验样品架主视图；

图2为插片式辐照实验样品架三维立体图；

图3为限束法兰端面结构示意图；

图4为样品架截面有效辐照区域示意图。

图中，1：限束法兰；1-1：40*40限束孔；1-2:4条M3螺钉；1-3：8个M8安装孔；1-4：预留2个M5的孔；2：插片式辐照实验样品架；2-1：样品插片；2-1-1：样品插片上端面；2-1-2：样品插片下端面；2-2：有效辐照区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步的解释：

发明原理

要素替代发明设计原理。本发明用插片式辐照实验样品架代替了平铺式辐照实验样品架，平铺式辐照实验样品架每次只能够辐照一个样品，当一个样品完成辐照、继续下一个样品的辐照时，需要移动实验样品架的位置，需要水平方向移动位置时，实验样品架需要在导轨上作前后移动，需要垂直方向移动时，实验样品架需要通过升降装置升降到预定高度。不论是水平方向移动还是垂直方向移动，这种平铺式实验样品架每次只能辐照一个样品。由于样品每次辐照时间需要比较长才能检验抗辐射效果，且这种单次辐照的费用昂贵，不能满足用户的需求。

本发明用插槽式实验样品架代替平铺式实验样品架，借用质子束流可以穿透物质的特性，将平铺在样品架上的样品改进为按照前后对中排列的方式布设在沿束流线方向延伸的样品插槽中，该样品插槽的最大长度为质子束流透射样品衰减度允许范围的最大长度，该最大安全长度＝(0.3毫米铝板厚度+几微米样品的厚度)*39。100MeV能量的质子在铝中的射程为36.79mm，样品插片铝板39组共厚(0.3x39＝11.7mm)，80MeV能量的质子在铝中的射程为24.80mm(采用核物理计算软件得出，当80MeV能量时，质子在铝中的射程为24.80mm)，所以100MeV能量的质子穿过11.7mm厚的铝板后能量降到了80MeV左右，80MeV-100MeV能量区间为实验用户所需实验束流能量范围。所以在39组样品这个范围内虽然质子束流的辐射强度随着距离的增加而衰减，但该衰减是在允许的安全范围内。

基于以上发明原理，本发明一种插片式辐照实验样品架。

一种插片式辐照实验样品架如图1所示，其特点是：包括左右方向布设的限束法兰1、以及插片式辐照实验样品架2；该限束法兰1轴向中心处开有与质子束流传输线相对应的通孔1-1、通孔1-1的一端连接束流线末端、另一端连接的插片式辐照实验样品架2，束流线末端的束流从限速法兰通孔1-1的一端穿过、辐射到限速法兰1另一端的插片式辐照实验样品架2上。

所述插片式辐照实验样品架2沿束流线穿透方向前后共排布39个插槽，最多可同时照射39组样品，也可根据具体实验需求递减样品组数。

所述与质子束流传输线相对应的限束法兰1上的通孔1-1，根据实验用户照射野的需求，该通孔1-1尺寸为40x40mm，同时沿限束法兰中心轴向均匀分布有8条直径为φ8.5的通孔1-3，用于限束法兰1与质子束流线末端法兰紧固连接；同时在距离中心方孔下边线12mm的位置开了四条M3的沉头螺钉1-2，用于与插槽式样品承接架2的连接，尺寸对应插槽式样品承接架2上的预留安装尺寸为22x7mm,同时在该限束法兰1上还预留了两个M5的螺纹孔1-4，该处可用于连接两条M5长螺钉来支撑插槽式样品承接架2。

该插槽式样品承接架2设有与限束法兰1连接的连接块，该连接块与插片式辐照实验样品架为一个整体；该插槽式样品承接架2与限束法兰1相连接的为插槽式样品承接架的连接块，连接块上预留安装尺寸为22x7mm的通孔，四条M3螺钉从限束法兰沉头螺孔1-2内沉入，然后在连接块的后端面通过螺母拧紧，在连接块中间镂空40x30mm的安装空间，作为扳手紧固螺母的空间。

该39个插槽，每个插槽宽度为3mm,插槽的壁厚为2mm，实验样品通常只有几微米，实验时是将只有几微米厚度的样品贴在厚度为0.3mm厚的铝板上，然后将贴有样品的铝板插在插槽式样品承接架的插槽里。

该插槽式样品承接架采用3d打印加工而成，打印材料为光敏树脂。

实施例一

质子辐照用装置安装在100Mev回旋加速器北线束流线同位素生产线的末端。质子辐照用装置整体是通过8条M8螺钉固定在束流线末端，四条M3螺钉从限束法兰前端面穿入，然后从插槽式样品承接架的连接块的安装空间处用扳手拧上四条螺母，然后在限束法兰的两条M5螺纹处安装两条M5长螺钉，长螺钉的螺母处正好抵在插槽式样品承接架的下端面上，起到支撑作用。实验样品尺寸较小，通常只有几um，所以实验时将需要相同剂量的样品粘贴在一块0.3mm厚的铝板上，插在插槽内。每个铝板和铝板的板间距为5mm，实验时提前将大量的芯片样品粘贴在铝板上，根据所需剂量放置在插槽内，所需剂量大的放在插槽后端，所需剂量小的样品放在插槽前端靠近束流线末端。实验开始时，所有样品都已插在插槽内，部分样品照射时间需要3600s，辐照照射3600s后，将前端样品取出，继续辐照后端样品，后端的样品继续辐照3600s，辐照总时间达到7200s。实际工作中，一个插槽式样品架的样品按照辐照小时位数进行划分，1位数小时的放在一个插槽式样品实验架上，2位数小时的放在一个插槽式样品实验架上，3位数(几百个辐照小时)放在一个插槽式样品实验架上。这样达到了安装一个样品架，辐照多组实验样品的效果。同时辐照实验插槽式样品架创新的采用了3d打印技术，使得更快更有弹性，以及耗费更低成本的生产出了非标定制的插槽式样品承接架，打印的材料选择了光敏树脂，经过测试发现该插槽式样品承接架的强度和刚度都满足使用要求。因为100MeV回旋加速器的束流目前具有多个潜在实验用户，而不同的用户有着不同实验需求，需要根据实验需求设计测试加工多种样品架，所以样品架的加工采用3d打印技术，加快了研发生产的进度，缩短了实验测试的时间，为辐照实验的更快更好的开展，提供了有利帮助。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。