[实用新型]一种束流窗口设备

说明书

本申请属于加速器技术领域，涉及一种用于加速器的束流窗口设备，尤其涉及一种适用于高功率高流强的束流窗口设备。该束流窗口设备至少包括一个束流窗口，所述束流窗口至少包括一层石墨烯纸层。进一步地，束流窗口还可以包括加强层，所述加强层设置在所述石墨烯纸层一侧面或两侧面的边缘区域和/或全部区域。该束流窗口设备可以使束流通过窗口时的束流损失和能量损失大幅度减少，散热效果大幅提高，设备厚度相对较小；而且其构造简单，采用的加强层和石墨烯纸层材料易加工，安全性能高。

技术领域

本申请属于加速器技术领域，涉及一种用于加速器的束流窗口设备，尤其涉及一种适用于高功率高流强的束流窗口设备。

背景技术

束流窗口是加速器的重要设备之一，用于隔离不同的气氛环境，例如真空与氦气，高真空与低真空等。通常情况下，束流穿过窗口之后才能进入靶区进行打靶或其他实验环境，因此，束流窗口需有一定的真空性能、承压能力、导热性能及耐高温性能，以避免大量的热沉积可能带来的不良影响和危害，例如破坏真空。此外，由于束流窗口的工作环境，还需要束流窗口有一定的抗辐照性能，以避免窗口受辐照后产生老化影响窗口性能。束流窗口还应尽可能的选择低Z数的材料并减小厚度，以尽量减少束流穿过时产生散射带来的束流损失。

一方面，当前加速器束流窗口主要采用金属材料，且一般采用水冷散热，由此束流窗口一般厚度较大，且由于金属材料导致的散射及热沉积问题，使束流能量损失和功率损失较大，而散热效果却非常有限。另一方面，光源光束窗口一般采用铍材料，铍有毒，其加工制备比较困难。

随着高功率粒子加速器的发展，束流窗口在传热、强度等方面遇到瓶颈，尤其是束流功率5MW以上窗口，目前国际上没有先例。关于研究适用于束流功率5MW以上的窗口设备，温度及应力是主要制约因素。即使现有的适用于5MW以下的高功率束流窗口，也广泛存在束流损失、功率损失较大的问题。

换言之，既要满足高功率高流强的粒子加速器的真空与抗辐射需求，还要在窗口散热及强度方面有技术上的突破是当前高功率束流窗口设备研究的方向。

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请的发明者期望提供一种束流窗口设备，其采用石墨烯材料，使该设备达到一定的真空性能、优异的抗压和导热性能，克服了上述现有技术不足；而且，通过与其他材料和工艺的组合，其构造更有效地减少束流损失和功率损失问题。该束流窗口设备与当前国际水平上束流窗口设备相比较，允许的束流功率提高一个量级以上，尤其适用于束流功率5MW以上的粒子加速器。此外，还能满足并适用于不同功率的粒子加速器。

实用新型内容

基于上述目的，一方面，本申请创新性地提供一种束流窗口设备，所述束流窗口设备至少包括一个束流窗口，所述束流窗口至少包括一层石墨烯纸层。

具体地，所述束流窗口设备与束流管道连接。

所述石墨烯纸厚度为10-200μm。

所述束流窗口设备包括一个束流窗口，所述束流窗口至少包括一层石墨烯纸层。

所述石墨烯纸层与所述支撑密封组件连接。

所述束流窗口设备与束流管道连接。进一步地，通过焊接、紧固组件或法兰等任一方式将所述束流窗口设备连接至束流管道。

所述束流窗口还可以包括加强层，所述加强层设置在所述石墨烯纸层一侧面或两侧面的边缘区域和/或全部区域。

进一步地，所述束流窗口包括部分加强层，其中，所述部分加强层位于所述石墨烯纸层的一侧面或两侧面的局部区域上。优选的，所述部分加强层被沉积至所述石墨烯纸层的边缘区域，其中，所述边缘与被束流穿过的中心区域相对而言，在所述石墨烯纸基底层上，未沉积所述加强层的区域面积等于或大于束斑σ，其中σ为束斑分布方差。可选择性地，所述束流窗口可以包括一层或两层加强层，其中，所述一层或两层加强层位于所述石墨烯纸层的一侧面或两侧面上。