阅读说明：本技术 一种用于同位素二极磁铁装置中的法拉第筒 (Faraday cylinder for isotope dipolar magnet device ) 是由 徐龙飞 姚俊杰 王旺林 刘广生 张亚龙 张进龙 冯英德 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于同位素二极磁铁装置中的法拉第筒,包括筒体、导杆、束流接收组件和驱动组件；束流接收组件包括支撑架、束流接收器、抑制电极和保护罩,所述支撑架的一端通过电极组法兰与导杆固定连接；所述束流接收器呈锥形,束流接收器连接于支撑架上,且束流接收器相对于导杆轴线倾斜设置,束流接收器开口较大的一端朝向束流方向；所述抑制电极连接于束流接收器的上部且与束流接收器顶部平行设置；所述保护罩连接于束流接收器的顶部,保护罩的中心设有束流接收孔。(The invention discloses a Faraday cylinder used in an isotope dipolar magnet device, which comprises a cylinder body, a guide rod, a beam receiving assembly and a driving assembly, wherein the cylinder body is provided with a guide rod; the beam receiving assembly comprises a support frame, a beam receiver, a suppression electrode and a protective cover, wherein one end of the support frame is fixedly connected with the guide rod through an electrode group flange; the beam receiver is conical, connected to the support frame and inclined relative to the axis of the guide rod, and the larger end of the beam receiver faces the beam direction; the suppression electrode is connected to the upper part of the beam current receiver and is arranged in parallel with the top of the beam current receiver; the protective cover is connected to the top of the beam current receiver, and a beam current receiving hole is formed in the center of the protective cover.)

一种用于同位素二极磁铁装置中的法拉第筒

技术领域

本发明属于加速器辅助设备技术领域，具体涉及一种用于同位素二极磁铁装置中的法拉第筒。

背景技术

目前高丰度稳定同位素的应用元素种类和应用领域越来越广泛，而同位素电磁分离法是获得高丰度Mo、W、Yb等多种同位素唯一可行的方法，同位素已成功应用到了导航、工农业、基础研究等领域，实现了同位素产品的国际化，取得了显著的社会效益。

到目前为止，人类发现了118种化学元素。在元素周期表中，原子序数相同、原子质量不同、化学性质基本相同、半衰期大于1015a元素的同位素称为稳定同位素。地球上已发现的稳定同位素为274种。稳定同位素的应用已经覆盖到人类活动的多个领域，包括核电工程、基础科学、医学、生物学和生态学等众多领域。

同位素电磁分离法是所有分离方法中通用性最好的分离方法，从美国橡树岭国家实验室发布的数据来看，同位素电磁分离法可分离52种元素，其中32种元素只能通过同位素电磁分离法分离。

在稳定同位素的多种分离方法中，同位素电磁分离法的主要优点为：通用性好，可用于分离几乎所有多核素元素的同位素；灵活性大，几天内就可改变分离对象；分离系数大，单级分离可达几百或更大；原料滞留量小，可操作mg量级物质；平衡时间短，开机数小时就可开始收集浓缩同位素产品。法拉第筒在捕获束流强度和方向方面起到了很重要的作用。

现有法拉第筒存在的问题：

1.以往法拉第筒行程长度为250～300mm，靶头在形成范围内的摆动误差为±3mm。

2.以往法拉第杯口和导杆之间没有夹角，测量精度不准。

3.原设计方案导杆没有循环水冷，在使用过程中高能离子束轰击导杆时，很容易发热而发生变形。

4.原设计杯口为圆柱形，收集到的同位素的丰度和产量不高。

发明内容

本发明提供了一种用于同位素二极磁铁装置中的法拉第筒，目的在于解决上述技术问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种用于同位素二极磁铁装置中的法拉第筒，包括筒体、导杆、束流接收组件和驱动组件；所述导杆穿设于筒体内，导杆的前端延伸至筒体外，束流接收组件连接于导杆的前端，驱动组件连接于导杆的尾端，驱动组件用于带动导杆沿筒体往复移动；筒体的前端设有连接法兰，筒体通过所述连接法兰连接于同位素二极磁铁装置上；

所述束流接收组件包括支撑架、束流接收器、抑制电极和保护罩，所述支撑架的一端与导杆固定连接；所述束流接收器呈锥形，束流接收器连接于支撑架的前部，且束流接收器相对于导杆轴线倾斜设置，束流接收器开口较大的一端朝向束流方向；所述抑制电极连接于束流接收器的上部且与束流接收器顶部平行设置；所述保护罩连接于束流接收器的顶部，保护罩的中心设有束流接收孔。

进一步地，所述支撑架呈V字形，V形的夹角为130°，束流接收器的顶部平面与导杆轴线的夹角为50°。

进一步地，所述束流接收器的前部还设有束流信号检测点。

进一步地，还包括位移传感器，所述位移传感器设于筒体内并与导杆传动连接。

进一步地，还包括水冷组件，所述水冷组件包括水冷管，所述水冷管盘布于筒体内的导杆上，水冷管的前端和后端分别连接进水管和出水管，所述进水管和出水管由筒体尾端引出。

进一步地，所述驱动组件包括步进电机、丝杠和丝杠螺母，所述步进电机与丝杠传动连接，丝杠螺母与导杆传动连接。

进一步地，所述筒体的侧壁开设有与之轴线平行的导向槽，筒体的外壁上固定有与导向槽平行的标尺，所述导向槽内设有指示片，所述指示片的尾端固定于导杆上、前端由导向槽穿出并指向标尺。

进一步地，所述导杆的行程长度不小于620mm。

本发明的有益效果在于：

1.此法拉第筒行程长度为620mm，靶头在行程范围内的上下摆动误差为±1mm。

2.束流接收器和导杆之间有50°夹角，使得束流可以垂直聚焦在束流接收器内，保证束流可以垂直收集到束流接收器中，有效提高了束流的捕获丰度和产量，实现了多角度靶头的设计效果。

3.导杆增加了水冷组件，在使用过程中高能离子束轰击导杆时，避免了导杆由于发热而产生形变，使用寿命由之前的1～2年提升为使用寿命为3～5年，延长设备使用寿命。

4.此次将束流接收器设计为锥形杯口形状，既增大了束流的接收面积，又有效的改善了束流的聚焦特性。

附图说明

图1是本发明的安装示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是图2的主视图；

图4是图2的剖视图；

图5是图3中A部的局部放大图；

图6是本发明束流接收组件的结构主视图；

图中：1-同位素二极磁铁装置，2-法拉第筒，3-筒体，4-导杆，5-束流接收组件，51-支撑架，52-束流接收器，53-抑制电极，54-束流检测信号连接点，55-保护罩，6-驱动组件，7-水冷管盘，8-进水管，9-出水管，10-位移传感器，11-连接法兰，12-导向槽，13-标尺，14-指示片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和2所示，一种用于同位素二极磁铁装置中的法拉第筒，包括筒体3、导杆4、束流接收组件5和驱动组件6。导杆4沿筒体3的中轴线穿设于筒体3内，导杆4的前端延伸至筒体3外，导杆4与筒体3密封活动连接，便于导杆4沿筒体3移动。束流接收组件5连接于导杆4的前端，驱动组件6连接于导杆4的尾端，驱动组件6用于带动导杆4沿筒体3往复移动。筒体3的前端设有连接法兰11，筒体3通过所述连接法兰11连接于同位素二极磁铁装置1上， 其中，连接法兰11之前的结构处于超高真空环境中。

束流接收组件5包括支撑架51、束流接收器52、抑制电极53、束流检测信号连接点54和保护罩55。导杆的前端固定有电极组法兰，支撑架51通过电极组法兰固定于导杆上。支撑架51呈V字形，V形的夹角为130°，且与导杆的水平段与导杆4轴线平行。束流接收器52呈锥形，束流接收器52连接于支撑架51内部（如图6所示），且束流接收器52相对于导杆4轴线倾斜50°设置，束流接收器52开口较大的一端朝向束流方向。抑制电极53连接于束流接收器52的上部且与束流接收器52顶部平行设置，保护罩55连接于束流接收器52的顶部，保护罩55的中心设有束流接收孔，束流检测信号连接点54连接于支撑架51上，用于检测束流信号。

筒体3内设有水冷组件，水冷组件包括304不锈钢材料的水冷管，水冷组件用于为导杆4降温，避免导杆4在高能离子束轰击时发热而发生变形，从而影响束流捕获精度，提高了产品的使用寿命。水冷管的前端和后端分别连接进水管8和出水管9，进水管8和出水管9由筒体3尾端引出（如图3和4所示）。

驱动组件6包括步进电机、丝杠和丝杠螺母，步进电机与丝杠传动连接，丝杠螺母与导杆4传动连接，步进电机通过丝杠带动丝杠螺母沿直线移动，丝杠螺母带动导杆4直线移动。筒体3内还设有位移传感器10，位移传感器10与导杆4传动连接，位移传感器10用于检测导杆4的移动距离，便于步进电机控制导杆4移动使束流接收组件5对准束流对焦点。筒体3的侧壁开设有与之轴线平行的导向槽12，筒体3的外壁上固定有与导向槽12平行的标尺13，导向槽12内设有指示片14，指示片14的尾端固定于导杆4上、前端由导向槽12穿出并指向标尺13。

需要说明的是，以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。