一种紧凑型多功能靶室装置

技术领域

本发明属于辐照靶室设计技术，具体涉及一种辐照、温度控制和束流诊断集成的紧凑型多功能靶室装置。

背景技术

基于加速器开展电子元器件或材料辐照是常用的辐照手段，一般针对不同的目的会分别建造专用的辐照靶室装置。例如中国原子能科学研究院HI-13串列加速器有13条束流管道分布在三个实验大厅。每条束流管道都要相应的辐照靶室和诊断靶室以及其他特殊应用的靶室，其位于开关磁铁有20度支线管道的束流线为重离子单粒子效应辐照专用装置，用于重离子宽束单粒子效应研究，在该束流线末端就建造有两个靶室，其中一个为束流诊断用靶室，另一个为器件辐照用靶室。国外的一些加速器也是采用相类似的设计，不同的辐照终端由不同的课题研究小组负责单独运行，并且每条束流线都建有一系列靶室完成不同的功能。

由于传统辐射效应研究的辐照装置包括束流诊断靶室、辐照靶室、温控靶室等多个靶室系统，因此，其所需试验空间大、成本高，试验时需要开启不同的靶室系统，费时费力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种集束流诊断靶室、辐照靶室、温控靶室等多个靶室系统为一体的多功能紧凑型靶室装置。

本发明的技术方案如下：一种紧凑型多功能靶室装置，包括靶室主体，所述靶室主体上设有用于抽真空的泵口，在靶室主体内沿束流入射方向的最前方设有束斑观测系统，所述束斑观测系统后方设置束流监测系统，所述束流监测系统的后方设置小样品快速换样系统，所述小样品快速换样系统的后方设置束流诊断系统，所述束流诊断系统的后方设置高低温控制系统。

进一步，如上所述的紧凑型多功能靶室装置，其中，所述束斑观测系统包括与第一气动装置连接的ZnS荧光靶，所述ZnS荧光靶通过第一气动装置实现插拔操作，插入的ZnS荧光靶置于束流线正中心，拔出时ZnS荧光靶置于束流边缘。

更进一步，在所述ZnS荧光靶前方设有CCD探测器，在有束流的情况下输出ZnS荧光靶的光斑信号。

进一步，如上所述的紧凑型多功能靶室装置，其中，所述束流监测系统包括面积可调节的光阑准直器以及位于光阑上的法拉第筒和闪烁体探测器阵列，束流从光阑准直器穿过对束斑面积进行调节。

更进一步，所述法拉第筒紧挨着闪烁体探测器设置，法拉第筒和闪烁体探测器阵列位于束流中心线的四周外侧；闪烁体探测器开口半径可以为0.05mm、0.5mm、1mm或3mm，在辐照前根据束流大小更换相应的开口尺寸。

进一步，如上所述的紧凑型多功能靶室装置，其中，所述小样品快速换样系统包括与样品升降装置连接的样品靶，将样品在大气环境与真空环境下进行快速切换。

进一步，如上所述的紧凑型多功能靶室装置，其中，所述束流诊断系统包括两个位于不同平面内的闪烁体探测器，插入时两个闪烁体探测器置于束流线正中心，对束流注量率进行测量，拔出时两个闪烁体探测器置于束流边缘。

更进一步，所述两个闪烁体探测器与第二气动装置连接，通过第二气动装置实现同时插拔操作。

进一步，如上所述的紧凑型多功能靶室装置，其中，所述高低温控制系统包括与温控系统连接的变温辐照样品靶，所述变温辐照样品靶置于束流线正中心。

进一步，如上所述的紧凑型多功能靶室装置，其中，所述靶室主体呈圆柱形，通过支架支撑，轴心方向与地平面平行，靶室侧面开门，门上设置观察窗。

本发明的有益效果如下：本发明提供的紧凑型多功能靶室装置集束流诊断靶室、辐照靶室、温控靶室等多个靶室系统为一体，可以用一个靶室实现多种功能，操作简便，采用这种多功能靶室系统能很准确方便的对离子束流进行诊断，进行样品辐照，对样品进行温度控制等操作，节约了大量制作成本，实现了功能多样化。

附图说明

图1为本发明的紧凑型多功能靶室装置原理结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的紧凑型多功能靶室装置的结构如图1所示，包括真空靶室主体、束斑观测系统、束流监测系统、小样品快速换样系统、束流诊断系统、高低温控制系统等部分组成。在靶室主体内沿束流入射方向的最前方设置束斑观测系统，所述束斑观测系统后方设置束流监测系统，所述束流监测系统的后方设置小样品快速换样系统，所述小样品快速换样系统的后方设置束流诊断系统，所述束流诊断系统的后方设置高低温控制系统。同一靶室内部设置多个分系统实现不同功能。本发明在顺序上将束流诊断系统设计在小样品快速换样系统与高低温控制系统中间，由于小样品快速换样系统与高低温控制系统均进行样品辐照，束流诊断系统设置在二者之间可以兼顾注量测量的准确性。

本实施例中靶室主体外形为圆柱形，直径40cm，长度100cm。其轴心方向与地平面平行，靶室可侧开门，门上安观察窗。靶室底部预留泵口可抽真空。靶室下有支架支撑，靶室中心线距地高1.5m。

束斑观测系统由10cm×10cm的ZnS荧光靶及CCD(电荷耦合器件)探测器组成，位于沿束流入射方向的最前方。ZnS荧光靶可通过第一气动装置进行插拔操作，CCD探测器固定在靶室内，插入ZnS荧光靶可将其放置到束流线正中心，在有束流的情况下离子打在ZnS荧光靶发光，位于其前方的CCD探测器可以观测荧光靶及其上面的发光点，将光斑信号输出到显示器，通过观察光斑的位置可以调节和改变束流的位置。拔出ZnS荧光靶可将其置于束流边缘，不影响束流辐照。

束流监测系统可进行1cm×1cm-20cm×20cm束流面积范围内的束斑面积调节，及进行束流辐照过程中的在线监测，该系统包括面积可调节的光阑准直器以及位于光阑上的法拉第筒和闪烁体探测器阵列，本实施例中闪烁体探测器阵列包括四个闪烁体探测器，所述法拉第筒紧挨着每个闪烁体探测器设置，法拉第简开口直径5mm，闪烁体探测器开口半径包括0.05mm，0.5mm，1mm或3mm四种尺寸。该系统位于束斑观测系统后方。光阑准直器由两组相互垂直的间距可调的狭缝组成，每组狭缝由两个铝板组成，可通过步进电机控制缝隙大小。法拉第筒和闪烁体探测器阵列位于束流中心线的四周外侧，这样在束流辐照后面的样品时，不会阻挡束斑，同时法拉第筒和闪烁体探测器阵列还可以探测到束流，实时显示束流强度的变化。闪烁体探测器开口半径可以为0.05mm，0.5mm，1mm或3mm四种尺寸，四种尺寸单独使用，在辐照前根据束流大小更换相应的开口尺寸。

小样品(10m×10cm)快速换样系统包括与样品升降装置连接的样品靶，样品升降主要是采取竖直方向上的一维运动轴，在换样的过程中一直抽真空，可将样品在大气环境与真空环境下进行快速切换，大气环境与真空环境之间采取差分泵的连接方式，样品传送时间在1分钟内。可以快速批量化在不破坏真空的情况下进行辐照。该系统位于束流监测系统后方。

束流诊断系统为两个不在同一平面内的闪烁体探测器组成，两个闪烁体探测器相同，一前一后排列设置，可通过第二气动装置进行同时插拔操作，插入时可将两个闪烁体探测器放置到束流线正中心，在有束流的情况下通过两个探测器可对束流注量率进行测量，进一步通过三角集合关系计算可以得到束流线上正中心不同位置处的注量率。拔出探测器可将其置于束流边缘，不影响辐照。该系统位于小样品换样系统后方。

高低温控制系统包括与温控系统连接的变温辐照样品靶，可实现的温度测量范围为100k～450k，样品可以在专用的高低温控制样品平面上放置，进行温控辐照。该系统位于束流诊断系统后方。

本实施例中，所述高低温控制样品平面为一块铜板，设有加热单元和冷却单元，高温通过热电偶加热获得，低温通过液氮对铜板进行冷却。铜板连接有温度测量装置，并输出具体数值，通过软件控制使温度维持在一定的范围。

本发明提供的紧凑型多功能靶室装置由以上硬件实现的同时，配合相应的软件操作系统，对各硬件系统进行操作控制和数据运算，软件包括由计算机运行的上述各个系统的操作控制程序界面，本领域的技术人员可根据功能需求自行实现。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。这样，倘若对本发明的这些变型、用途适应性变化属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改变型和用途适应性变化在内。

上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。