一种高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器及其装配方法

本发明涉及一种高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器及其装配方法，属于加速器。

背景技术：

1、交叉指型漂移管直线加速器是常温质子和重离子加速器的重要组成部分。由于其相同频率下尺寸更加紧凑及中低能下分路阻抗高等一系列特点，使其成为3-10mev/u能区最热门的常温加速结构。交叉指型漂移管直线加速器由圆柱谐振腔演化而来，在圆柱腔轴线上排列的一串漂移管分别通过上下交替的支撑杆交叉地固定在腔的两个对边的两个大梁上，形成交叉指型(interdigital)的结构，工作在h模式，这就是该ih-dtl腔体名称的由来。根据其聚焦结构和动力学设计的不同，交叉指型漂移管直线加速器可以分为组合0相位加速结构(konus，kom binierte null grad strukture)漂移管直线加速器和交变相位聚焦(apf，alternating phase focusing)漂移管直线加速器。其中apf漂移管直线加速器主要是通过在各个加速间隙处交替地选择正负同步相位来提供横向聚焦和散焦功能，不需要增加横向聚焦磁铁，但是这需要复杂的相位设计和控制，且间隙的电场能提供的横向聚焦力比磁铁能提供的横向聚焦力弱，这就限制了apf漂移管直线加速器所允许的束流流强上限，因而对于强流离子束的加速来说，通常采用konus漂移管直线加速器结构。konus加速器结构从束流动力学上分为三个部分，将粒子束的纵向聚束、纵向加速和横向聚焦分离开，在不同的真空腔体区域实现不同的功能，在电漂移管组合区域实现粒子束的纵向聚束和加速，在磁漂移管内实现束流的横向聚束，每个磁铁漂移管中通常需要有3组四极磁铁。在低能加速结构中，由于空间电荷效应，通常每隔几个电漂移管都需要增加一个磁漂移管进行聚束。

2、目前，交叉指型漂移管直线加速器被广泛用于科研、工业及医疗领域，目前常见的实施方式有两种：

3、一种是将多组电漂移管和磁漂移管集成在同一个真空腔室内，腔体各零部件间焊接在一起，或通过高频及真空密封介质连接后通过螺栓固定，并在腔室上焊接有耦合器端口、调谐器端口、提取天线端口、真空泵口、真空规口等端口，以连接相关的附属设备，保证腔体的正常运行。其优点是系统结构更加紧凑并方便进行低电平控制，缺点是各组电漂移管的入口相位不可调。通常在低频下，腔体高频性能和场分布受加工、焊接误差和运行微扰较小，这种加速结构获得了比较成功的应用。对于超高频紧凑型的加速器来说，这种实施方案对整个加速器的尺寸精度和位置精度要求比较高，且运行过程中的微扰会对各组漂移管的场平产生较大影响，不利于加速器的稳定运行。

4、第二种是各组漂移管单独封装成真空腔室，每个真空腔室中含有8-10个漂移管，各真空腔室间放置有四极铁来对束流进行聚焦。这种方案的优点是各组漂移管的入口单独扫相，降低了整个加速器的研制难度，并使得整个加速系统更加稳定；缺点是每个腔体都需要单独的真空和功率源及低电平系统，使得系统更加复杂，而且各个腔室及磁铁之间的准直依靠激光跟踪仪来标定，其误差差不多在0.1mm量级。

5、而对于超高频的腔体，为了保证束流的传输效率，对腔体的尺寸精度等要求极高，尤其对加速腔内和加速腔之间的多个漂移管和磁铁同轴度要求较高，同轴度要求≤50um，激光跟踪仪很难达到如此高精度的准直；为了保证腔体的高频性能，需要将腔体各零部件焊接在一起或通过高频密封介质连接在一起，焊接则面临着焊接过程中变形不可控制的问题，高频介质密封则面临着密封间隙不可控的问题；为了保证腔体的真空密封，需要在腔体的各个端口焊接不锈钢法兰；为了对腔体运行过程中产生的高频热进行冷却，还需要在腔体上钎焊冷却水路，这些都面临着焊接过程中的变形难以控制的问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器及其装配方法，其核心是多个dtl腔体的尺寸精度和定位精度在加工阶段完成，所有焊接工作在精加工之前完成，且装配过程中不再进行调整和修正，通过销钉和螺栓完全固定各dtl腔体的位置。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，包括：

4、dtl腔体，所述dtl腔体包括dtl中间片和位于所述dtl中间片两侧的dtl边腔；

5、所述dtl中间片包括一体成型的漂移管、支撑杆和大梁，所述dtl中间片上加工有冷却水路和通孔；

6、装配底板，所述dtl中间片与所述装配底板紧固连接。

7、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述dtl中间片的上下两端均设置有与所述dtl中间片本体一体成型的t型板，所述t型板与所述与所述装配底板紧固连接。

8、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述t型板上设置有两个及以上的定位孔。

9、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述定位孔的横截面包括圆形、椭圆形、菱形或腰形。

10、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述定位孔包括定位圆销孔，所述定位圆销孔的精度误差≤0.01。

11、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述定位孔还包括定位横向腰孔和定位纵向腰孔，所述定位横向腰孔和所述定位纵向腰孔到束流线的尺寸精度误差≤0.02。

12、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述dtl中间片与两所述dtl边腔之间设置有密封槽。

13、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述密封槽内填充有密封介质。

14、所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，优选地，所述密封介质包括铟丝、高频弹簧、银丝或铝丝。

15、本发明第二方面提供一种上述高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

16、在所述dtl中间片上加工所述冷却水路并焊接外部水路接头；

17、所述dtl中间片和所述t型板一体加工成型，同时在所述t型板上加工出所述通孔、所述定位圆销孔、所述定位横向腰孔和所述定位纵向腰孔；

18、所述装配底板以及所述定位销孔加工成型；

19、两个所述dtl边腔加工成型，同时在所述dtl边腔加工出与所述通孔相适配的通孔；

20、在所述dtl中间片和两个所述dtl边腔之间的所述密封槽内填充所述密封介质；

21、将所述dtl中间片、两个所述dtl边腔以及所述装配底板利用销钉定位并通过螺栓紧固连接在一起，形成高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器。

22、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

23、1、本发明核心关键组件精加工后不再进行焊接操作，避免了焊接过程中引入的不确定变形，保证了核心关键组件的高精度，尤其是漂移管组件的同轴度。

24、2、本发明中漂移管的精加工与t型板装配面和装配销孔的精加工一次装夹加工完成，保证了漂移管中心线与装配面及装配销孔的相对位置精度。

25、3、本发明所有dtl的装配底板的装配面及定位销孔的整个精加工采用一次装卡到位、一次加工而成，保证了多个漂移管加速器装配面的加工精度和定位精度。

技术特征：

1.一种高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述dtl中间片(101)的上下两端均设置有与所述dtl中间片(101)本体一体成型的t型板(103)，所述t型板(103)与所述装配底板(2)紧固连接。

3.根据权利要求2所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述t型板(103)上设置有两个及以上的定位孔。

4.根据权利要求3所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述定位孔的横截面包括圆形、椭圆形、菱形或腰形。

5.根据权利要求4所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述定位孔包括定位圆销孔(1031)，所述定位圆销孔(1031)的精度误差≤0.01。

6.根据权利要求5所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述定位孔还包括定位横向腰孔(1032)和定位纵向腰孔(1033)，所述定位横向腰孔(1032)和所述定位纵向腰孔(1033)到束流线的尺寸精度误差≤0.02。

7.根据权利要求6所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述dtl中间片(101)与两所述dtl边腔(102)之间设置有密封槽。

8.根据权利要求7所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述密封槽内填充有密封介质。

9.根据权利要求8所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器，其特征在于，所述密封介质包括铟丝、高频弹簧、银丝或铝丝。

10.一种根据权利要求9所述的高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种高精度分离聚焦交叉指型漂移管直线加速器及其装配方法，加速器包括：DTL腔体，DTL腔体包括DTL中间片和位于DTL中间片两侧的DTL边腔；DTL中间片包括一体成型的漂移管、支撑杆、大梁及T型板；T型板的下表面为DTL的装配面；DTL中间片和边腔上加工有冷却水路和通孔；装配底板，装配底板上有与DTL中间片T型板下表面对应的定位销孔，DTL中间片T型板与装配底板通过销钉定位并通过螺栓紧固连接，装配底板上装配有多个DTL腔体，对束流进行持续加速。本发明所有DTL的漂移管组件与T型板的装配面及定位销孔的精加工采用一次装卡到位、一次加工而成，保证多个DTL腔体的加工精度和装配定位精度。

技术研发人员：何源,黄玉璐,金晓凤,窦为平,王志军,王锋锋,张军辉,张斌
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5