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用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)，吸收電子束能量的薄片設(shè)計(jì)成了內(nèi)半徑沿軸向大小漸變的圓環(huán)形，兩相鄰薄片之間采用聚四氟乙烯環(huán)作為隔熱材料，通過(guò)聚四氟乙烯螺釘將薄片和聚四氟乙烯環(huán)連接到石墨準(zhǔn)直孔上，量熱計(jì)末端開有透紅外窗，在透紅外窗外，通過(guò)紅外相機(jī)拍攝薄片陣列的紅外熱輻射圖像，并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，得到每層薄片上沉積的能量，給出所測(cè)電子束能量沉積深度分布。本發(fā)明解決了石墨薄片陣列量熱計(jì)時(shí)間響應(yīng)差，對(duì)薄片材料機(jī)械性能要求高的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)流電子束與物質(zhì)相互作用時(shí)，電子能量在物質(zhì)中所沉積的深度分布測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)，應(yīng)用于電子束與物質(zhì)相互作用研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]強(qiáng)流電子束與物質(zhì)相互作用時(shí)，其能量在物質(zhì)中沉積深度分布是一重要參數(shù)，為了得到這一參數(shù)，往往采用大小相同的薄片陣列式量熱計(jì)結(jié)合熱電偶來(lái)進(jìn)行測(cè)量。其原理是:電子與量熱計(jì)中的薄片陣列相互作用，能量沉積在每一個(gè)薄片中，轉(zhuǎn)化為熱能，通過(guò)熱電偶將薄片的溫度隨時(shí)間的變化記錄下來(lái)，反推沉積在薄片中的能量，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布的測(cè)量。在各種粒子束加速器中，這種方法得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]在陳克勝等所著的《電子束吸收劑量量熱計(jì)》一文中有關(guān)于石墨薄片陣列量熱計(jì)的介紹，簡(jiǎn)單介紹了石墨量熱計(jì)的裝置結(jié)構(gòu)及在原子能研究院對(duì)約14MeV電子束能量沉積深度分布測(cè)量的結(jié)果，但是其并未說(shuō)明采用大小相同的薄片陣列式量熱計(jì)結(jié)合熱電偶進(jìn)行測(cè)量的缺點(diǎn):
[0004]一是電子束的強(qiáng)度大，一般的材料都會(huì)因能量沉積過(guò)大而熔融、汽化，同時(shí)引起熱-力學(xué)效應(yīng)，導(dǎo)致材料的質(zhì)量和能量損失，甚至破碎，會(huì)降低測(cè)量的準(zhǔn)確度。
[0005]二是電子的能量低，在材料中的有效射程短。IMeV電子束在Al材料中的能量沉積深度峰值都在0.5_以內(nèi)，所以要想測(cè)出被輻照材料內(nèi)的能量沉積分布，就必須使用相對(duì)于有效射程而言非常薄的測(cè)量元件。這就要求薄片材料既要足夠薄，又要有較好的機(jī)械強(qiáng)度，成為了薄片量熱計(jì)使用的一個(gè)很難調(diào)和的矛盾。
[0006]此外，熱電偶通過(guò)熱傳導(dǎo)將信號(hào)傳導(dǎo)至記錄系統(tǒng)的時(shí)間要在秒量級(jí)上，而電子束能量沉積在薄片材料的時(shí)間達(dá)到了納秒量級(jí)，相對(duì)其可以來(lái)說(shuō)是瞬間的，因此這種熱電偶這種接觸性測(cè)量方法在時(shí)間響應(yīng)上也存在一定的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決石墨薄片陣列量熱計(jì)時(shí)間響應(yīng)差，對(duì)薄片材料機(jī)械性能要求高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)。
[0008]用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)，包括依次設(shè)置在電子束入射軸線上的準(zhǔn)直單元、吸熱單元和量熱單元；其特征在于:
[0009]所述準(zhǔn)直單元為石墨準(zhǔn)直孔；所述石墨準(zhǔn)直孔的內(nèi)徑略大于電子束直徑；
[0010]所述吸熱單元包括多層吸熱薄片、設(shè)置在兩相鄰石墨烯薄片之間的聚四氟乙烯環(huán)；所述多層薄片中的第一層吸熱薄片為圓形薄片，其余吸熱薄片為環(huán)形薄片；所述環(huán)形薄片的內(nèi)徑依次增大；
[0011]所述量熱單元包括殼體、透紅外窗、紅外相機(jī)和計(jì)算機(jī)；所述殼體的一端密封固定在吸熱單元的末端，其另一端與透紅外窗密封連接；所述第一層吸熱薄片、殼體和紅外透窗構(gòu)成真空腔體；[0012]所述紅外相機(jī)設(shè)置在透紅外窗的后方，所述紅外相機(jī)和計(jì)算機(jī)相連。
[0013]上述吸熱薄片為石墨材料或石墨烯材料。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):
[0015]本發(fā)明薄片陣列式量熱計(jì)將薄片設(shè)計(jì)成內(nèi)半徑大小漸變的圓環(huán)形，便于采用非接觸性，響應(yīng)快的紅外光學(xué)測(cè)量方法進(jìn)行溫度測(cè)量，既保留了薄片量熱計(jì)測(cè)量電子束能量沉積深度分布的優(yōu)點(diǎn)，也解決了熱接觸測(cè)量方法響應(yīng)慢，薄片材料破碎后引入較大誤差的問(wèn)題，適用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測(cè)量。
[0016]如果測(cè)量時(shí)薄片材料在電子束作用下發(fā)生熱-力學(xué)損傷，那么碎片產(chǎn)生位移的時(shí)間要在毫秒量級(jí)，由于紅外相機(jī)的快門時(shí)間可達(dá)到納秒量級(jí)以下，因此在薄片陣列發(fā)生損傷前就可以將測(cè)量數(shù)據(jù)得到，大大降低了量熱計(jì)對(duì)薄片材料機(jī)械性能的依賴。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖中:1-石墨準(zhǔn)直孔，2-聚四氟乙烯螺釘，3-裝置連接法蘭，4-窗內(nèi)側(cè)密封圈，5-透紅外窗，6-窗外側(cè)密封圈，7-窗法蘭，8-六角螺釘螺母，9-聚四氟乙烯壓環(huán)，10-薄片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)，吸收電子束能量的薄片設(shè)計(jì)成了內(nèi)半徑沿軸向大小漸變的圓環(huán)形，兩相鄰薄片之間采用聚四氟乙烯環(huán)作為隔熱材料，通過(guò)聚四氟乙烯螺釘將薄片和聚四氟乙烯環(huán)連接到石墨準(zhǔn)直孔上，量熱計(jì)末端開有透紅外窗，在透紅外窗外，通過(guò)紅外相機(jī)拍攝薄片陣列的紅外熱輻射圖像，并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，得到每層薄片上沉積的能量，給出所測(cè)電子束能量沉積深度分布。
[0020]石墨準(zhǔn)直孔，聚四氟乙烯環(huán)，薄片，透紅外窗以及紅外相機(jī)為同軸心設(shè)置，軸線沿著電子束進(jìn)入方向。
[0021]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中電子束沿軸向從石墨準(zhǔn)直孔I 一側(cè)入射，透紅外窗5外側(cè)布置紅外相機(jī)拍攝薄片陣列的紅外熱輻射圖像，并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，得到每層薄片上沉積的能量，給出所測(cè)電子束能量沉積深度分布。
[0022]圖1中，本發(fā)明的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度分布測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)，吸收電子束能量的薄片10設(shè)計(jì)成了內(nèi)半徑沿軸向大小漸變的圓環(huán)形，兩相鄰薄片之間采用聚四氟乙烯環(huán)9作為隔熱材料，通過(guò)聚四氟乙烯螺釘2將薄片10和聚四氟乙烯環(huán)9連接到石墨準(zhǔn)直孔I上，量熱計(jì)末端開有透紅外窗5，透紅外窗5兩側(cè)分別壓有窗內(nèi)側(cè)密封圈4和窗外側(cè)密封圈6用于封真空,透過(guò)透紅外窗5通過(guò)紅外相機(jī)拍攝薄片10陣列的紅外熱福射圖像，并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，得到每層薄片10上沉積的能量，給出所測(cè)電子束能量沉積深度分布。
[0023]所述的石墨準(zhǔn)直孔1、聚四氟乙烯環(huán)9、薄片10、透紅外窗5以及紅外相機(jī)為同軸心設(shè)置，軸線沿著電子束進(jìn)入方向。
[0024]本發(fā)明的主要安裝過(guò)程是，在石墨準(zhǔn)直孔I電子束入射的背面依次安裝聚四氟乙烯壓環(huán)9和薄片10，裝置連接法蘭3，并用聚四氟乙烯螺釘2通過(guò)裝置連接法蘭3上的四個(gè)圓孔固定在石墨準(zhǔn)直孔I上。再在裝置連接法蘭3的法蘭面一端依次安裝窗內(nèi)側(cè)密封圈4，透紅外窗5，窗外側(cè)密封圈6和窗法蘭7，通過(guò)六個(gè)六角螺釘螺母8穿過(guò)裝置連接法蘭3和窗法蘭7上的圓孔將內(nèi)側(cè)密封圈4，透紅外窗5，窗外側(cè)密封圈6壓緊。
【權(quán)利要求】
1.用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)，包括依次設(shè)置在電子束入射軸線上的準(zhǔn)直單元、吸熱單元和量熱單元；其特征在于: 所述準(zhǔn)直單元為石墨準(zhǔn)直孔；所述石墨準(zhǔn)直孔的內(nèi)徑略大于電子束直徑； 所述吸熱單元包括多層吸熱薄片、設(shè)置在兩相鄰石墨烯薄片之間的聚四氟乙烯環(huán)；所述多層薄片中的第一層吸熱薄片為圓形薄片，其余吸熱薄片為環(huán)形薄片；所述環(huán)形薄片的內(nèi)徑依次增大； 所述量熱單元包括殼體、透紅外窗、紅外相機(jī)和計(jì)算機(jī)；所述殼體的一端密封固定在吸熱單元的末端，其另一端與透紅外窗密封連接；所述第一層吸熱薄片、殼體和紅外透窗構(gòu)成真空腔體； 所述紅外相機(jī)設(shè)置在透紅外窗的后方，所述紅外相機(jī)和計(jì)算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于強(qiáng)流電子束能量沉積深度測(cè)量的薄片陣列式量熱計(jì)，其特征在于:所述吸熱薄片為石墨材料或石墨烯材料。
【文檔編號(hào)】G01T1/29GK103616092SQ201310415491
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】孫江, 楊海亮, 孫劍鋒, 來(lái)定國(guó), 蘇兆峰, 張鵬飛 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所