紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，包括由上接地板、下接地板、后接地板和切割板围拢成的空间，在所述空间内设有高压电极，所述高压电极通过绝缘柱固定在后接地板上，绝缘柱的长度应保证爬电距离不低于25mm，切割板呈上下厚、中间薄的结构。本实用新型专利技术优化了超导质子回旋加速器中静电偏转板高压电极的结构尺寸以及高压电极表面与接地金属板之间的距离，可以减小高压电极表面电场，减弱场致电子发射，有助于提高偏转板的耐压能力；同时减少偏转板电极表面处理的难度，降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于应用于超导质子回旋加速器中的静电高压技术，具体涉及一种紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板。
技术介绍
超导质子回旋加速器在核医学、航天军工和核物理基础研究等领域有广泛的应用。静电偏转板是回旋加速器中常用的束流引出方法。静电偏转板由切割板、负高压电极、接地金属外壳和绝缘柱组成，切割板接地，电极由外部电源馈入高压。在静电偏转板中存在两种放电击穿机制：真空击穿和绝缘击穿。对于前者，主要是高压电极表面场致发射电子引起。电子从电极表面发射打在金属外壳上，金属释放气体污染真空环境，容易产生打火现象；另一方面，金属局部温度过高可能发生熔化，滴落在高压电极上致使电极表面发生凹陷，从而产生不可修复的静电偏转板损坏。紧凑型超导回旋加速器中磁极间隙很小，一般不超过60mm，静电偏转板放置在峰区磁极的间隙内，导致高压电极与接地金属表面的距离非常近，而要求的偏转板电压往往较高，极易发生打火现象。对于绝缘击穿，要保证绝缘柱的爬电距离，并保持偏转板所处环境的真空度。
技术实现思路
本技术的目的是针对紧凑型超导质子回旋加速器中静电偏转板极易发生打火击穿的问题，提供一种可耐高压的静电偏转板结构。本技术的技术方案如下：一种紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，包括由上接地板、下接地板、后接地板和切割板围拢成的空间，在所述空间内设有高压电极，所述高压电极通过绝缘柱固定在后接地板上，其中，所述的绝缘柱呈螺纹状结构，螺纹之间的空气间隔为2-5mm，绝缘柱的长度应保证爬电距离不低于25mm。进一步，如上所述的紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，其中，所述的切割板呈上下厚、中间薄的结构，切割板的上下两端分别插入上接地板和下接地板的滑槽实现固定。更进一步，所述的切割板中间部分的厚度为0.1-0.3mm；上下部分的厚度为1-2mm。进一步，如上所述的紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，其中，所述的上接地板、下接地板的内侧分别设有凹槽，用于增加高压电极上下两端与上接地板和下接地板之间的距离。更进一步，所述凹槽的深度为1-3mm。进一步，如上所述的紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，其中，所述高压电极垂直于束流运动方向的截面为跑道形状，截面的直线段的长度为8-10mm，环形倒角半径为6-7mm。本技术的有益效果如下：本技术优化了超导质子回旋加速器中静电偏转板高压电极的结构尺寸以及高压电极表面与接地金属板之间的距离，可以减小高压电极表面电场，减弱场致电子发射，有助于提高偏转板的耐压能力；同时减少偏转板电极表面处理的难度，降低制造成本。附图说明图1为本技术静电偏转板的整体结构示意图；图2为本技术静电偏转板的横向截面图；图3为不同尺寸结构的高压电极对应的表面电场分布图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。如图1所示，本技术所提供的静电偏转板主要由高压电极1、切割板2、上接地板3、后接地板4、下接地板7和绝缘柱5组成。为了避免高压电极1与接地板、切割板和金属外壳之间发生打火，一方面要求高压电极表面与接地金属保持一定距离，同时也要求高压电极平面部分的高度h要大于束流轴向最大包络，为大部分束流提供均等的偏转电压。上接地板3、上接地板7与后接地板4之间分别采用螺母连接；绝缘柱5采用玻璃陶瓷材料，两端焊接金属，一端采用螺母固定在后接地板4上，另一端固定高压电极1，对高压电极1起到支撑作用。如图2所示，绝缘柱5做成螺纹状增加其爬电距离，螺纹之间的空气间隔d为2-5mm；切割板2做成上下厚、中间薄的结构，通过上、下接地板的滑槽滑入偏转板内。绝缘柱5的长度应该保证爬电距离不低于于25mm；切割板中间部分厚度w1为0.1-0.3mm，最大程度上减小切割板上的束流损失，上下部分厚度w2可达1-2mm，提高整体机械性能。高压电极1上下两端是最容易发生打火的地方，为了增加高压电极两端与上、下接地板的距离，在上、下接地板内开凹槽6，凹槽的深度s为1-3mm，从而可以增加高压电极两端与上、下接地板之间1-3mm的距离。如图2所示，高压电极垂直于束流运动方向的截面为跑道形状，直线段的长度h为8-10mm，环形倒角半径r为6-7mm，既保证所有束流加速电压比较均匀，也保证了电极表面的打火电压较小。上述静电偏转板放置适用于结构紧凑的超导质子回旋加速器磁铁，磁极间隙一般为50mm-60mm，所需要的电压比较临界，高于50kV，但依然在80kV以内。静电偏转板的切割板和几块金属接地板组成了静电偏转板的外形接地框，高压电极通过绝缘柱固定支撑，其形状决定了偏转板内的电场分布，束流从切割板和高极电极之间穿过。实施例某超导质子回旋加速器中，引出质子能量为240MeV，由两个静电偏转板引出，第一个偏转板的切割板与高压电极间的距离为6mm，要求的偏转电场强度为100kV/cm，对应要求的电压为60kV。加速器磁极间隙为50mm，留给偏转板的轴向空间非常有限，采用本技术中的偏转板结构设计，如图2所示，静电偏转板的高度H取50mm，正好安装于磁极间隙内，并取高压电极直线段长度h为10mm，倒角半径r为7mm，凹槽深度s取3mm，使电极与上下板的距离达到9mm，尽量避免打火。绝缘柱采用螺纹状结构，螺纹之间的空间间隔d为3mm，螺纹柱的直线距离为20mm，该种结构使爬电距离增加到28mm。图3给出了不同的偏转板电极结构下的电极圆弧表面上的电场分布，本技术中所使用的偏转板电极尺寸的耐压能力要比其它结构形状提高10％-20％，这在紧凑型超导回旋加速器中实现较高的引出效率非常关键。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若对本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其同等技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，包括由上接地板(3)、下接地板(7)、后接地板(4)和切割板(2)围拢成的空间，在所述空间内设有高压电极(1)，所述高压电极(1)通过绝缘柱(5)固定在后接地板(4)上，其特征在于：所述的绝缘柱(5)呈螺纹状结构，螺纹之间的空气间隔为2‑5mm，绝缘柱(5)的长度应保证爬电距离不低于25mm。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，包括由上接地板(3)、下接地板(7)、后接地板(4)和切割板(2)围拢成的空间，在所述空间内设有高压电极(1)，所述高压电极(1)通过绝缘柱(5)固定在后接地板(4)上，其特征在于：所述的绝缘柱(5)呈螺纹状结构，螺纹之间的空气间隔为2-5mm，绝缘柱(5)的长度应保证爬电距离不低于25mm。2.如权利要求1所述的紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，其特征在于：所述的切割板(2)呈上下厚、中间薄的结构，切割板(2)的上下两端分别插入上接地板(3)和下接地板(7)的滑槽实现固定。3.如权利要求2所述的紧凑型超导质子回旋加速器中可耐高压的静电偏转板，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，崔涛，葛涛，秦久昌，张天爵，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11