本申請涉及中子檢測設備領域，特別是涉及一種去除快中子束流的斬波器。

背景技術：

散裂中子源是利用高中子通量的中子束流對微觀世界進行研究的一個新進的功能強大的大科學研究平臺，它為眾多學科前沿領域的研究提供了一種最先進、不可替代的研究工具。快中子束在時間上是伴隨質子束打靶產(chǎn)生的，即散裂中子源每個脈沖周期的零時刻發(fā)出的中子束流，如果不對其進行消除，將會影響到后續(xù)研究的進行。目前，國內(nèi)對于快中子束的研究相對較少，暫無有效的去除快中子束流的方法。

技術實現(xiàn)要素：

本申請的目的是提供一種專門用于去除快中子束流的斬波器。

本申請采用了以下技術方案：

本申請公開了一種去除快中子束流的斬波器，包括密封殼體9、阻擋塊1和轉動部件；密封殼體9上前后對稱的位置處開設有中子束窗口13，以便中子束流穿過斬波器，并且密封殼體9上設置有真空抽氣口22，以便于對密封殼體9合圍空腔進行抽真空；轉動部件設置于密封殼體9的合圍空腔內(nèi)，轉動部件包括轉軸4和轉動塊3，轉動塊3對稱設置于轉軸4兩側，轉軸4由內(nèi)裝式電機直接驅動，帶動轉動塊3轉動；阻擋塊1由兩塊大小相等的合金塊組成，合金塊為中子吸收材料，兩塊合金塊分別對稱安裝在轉軸4兩側的轉動塊3上，中子束流穿過斬波器的軌跡與合金塊轉動時形成的圓環(huán)面相交，并且，合金塊與中子束流軌跡相交的一面的面積大于中子束流在相交處的截面積。

需要說明的是，本申請的關鍵在于利用阻擋塊1對零時刻發(fā)出的中子束流進行阻擋和吸收，而阻擋塊1是安裝在轉動部件上的，因此，阻擋塊1的轉動頻率要與中子源的脈沖頻率嚴格同步，也就是說，在脈沖頻率的零時刻，阻擋塊1需要正好轉動到中子束流穿過斬波器的軌跡上，這樣才能有效的將快中子吸收，而后，阻擋塊1繼續(xù)轉動，偏移中子束流軌跡，使得其它中子束流可以正常的通過斬波器。因此，合金塊與中子束流軌跡相交的一面的面積大于中子束流在相交處的截面積，即保障快中子被有效吸收，又不能太大，而影響其它中子束流的通過。至于阻擋塊1的轉動頻率與中子源的脈沖頻率嚴格同步，可以通過調(diào)控內(nèi)裝式電機來實現(xiàn)，在此不做具體限定。

優(yōu)選的，轉軸4上，在阻擋塊1的兩側對稱設置有配重盤5，實現(xiàn)動平衡；并且，中子束流軌跡不與兩個配重盤5相交。

需要說明的是，配重盤5的作用是保障轉動部件穩(wěn)定、平穩(wěn)的運行，其中動平衡的實現(xiàn)，主要是通過在配重盤上去重實現(xiàn)的。在本申請的一種實現(xiàn)方式中，阻擋塊的大小、中子束流的通過軌跡、阻擋塊轉動頻率等，都是經(jīng)過嚴格計算的，因此，如果轉動部件在運行時出現(xiàn)晃動或不平穩(wěn)，則會影響斬波器對快中子束流的去除效果；所以增加兩個配重盤，使得轉動部件運行時更平穩(wěn)、避免晃動。其中，中子束流軌跡不與兩個配重盤5相交，是為了避免配重盤影響中子束流穿過斬波器，實際上，本申請的斬波器中，就只有阻擋塊才會出現(xiàn)在中子束流軌跡上，其它的包括轉動塊3和轉軸4都不會在中子束流軌跡。

優(yōu)選的，內(nèi)裝式電機包括電機定子6和電機轉子7，電機定子6固定在密封殼體9上，電機轉子7套設于電機定子6內(nèi)，電機轉子7與轉軸4過盈配合，以帶動轉軸4轉動。

優(yōu)選的，電機定子6上設計有電機水冷外殼12，電機水冷外殼12上有水路接口用于連接冷水，以便對電機定子進行冷卻；電機水冷外殼12與冷水連接的管路上設置有水電連接板15，通過水電連接板15的快速接口控制總水路斷開或連接。

優(yōu)選的，密封殼體9上安裝有光電傳感器11，用于感應阻擋塊1的位置。

需要說明的是，光電傳感器11的作用是感應阻擋塊1，例如，阻擋塊1經(jīng)過一次，就發(fā)出一次信號，該信號頻率實際上體現(xiàn)的就是阻擋塊的轉動頻率，應該與中子源的脈沖頻率同步。

優(yōu)選的，密封殼體9上安裝有真空計23，用于檢測密封殼體9內(nèi)的抽真空情況。

可以理解，在斬波器運行時，為了避免對正常的中子束流造成影響，密封殼體9內(nèi)需要進行抽真空，因此，真空計23可以有效的監(jiān)控其真空情況；當然，真空計也可以配置在真空泵或其它抽真空的組件上。

優(yōu)選的，密封殼體9上安裝有振動傳感器14和溫度傳感器，用于檢測轉軸4轉動時的振動和溫度變化情況。

需要說明的是，在密封殼體9固定安裝后，正常情況下，轉軸都是平穩(wěn)運行的，而振動傳感器14和溫度傳感器的作用是，實時監(jiān)控轉軸的振動和溫度，以免長期使用時，因轉軸振動或溫度過高，影響斬波器的使用。

優(yōu)選的，密封殼體9呈圓柱筒形結構，圓柱筒的兩端由大法蘭10封閉，光電傳感器11、真空計23、振動傳感器14、溫度傳感器、電機定子6和電機水冷外殼12都安裝在大法蘭10上，轉軸4的兩端呈轉動活動連接在圓柱筒兩端的大法蘭10上，兩個大法蘭10作為支撐轉軸4的承重結構。

需要說明的是，圓柱筒形結構主要是為了方便生產(chǎn)和安裝，在相同的思路下，密封殼體9可以采用各種形狀，只要能夠保障阻擋塊轉動時能夠對快中子進行阻擋和吸收即可。

優(yōu)選的，密封殼體9采用v型托架16支撐和固定，密封殼體9落在v型托架16的底板上；并且，底板上設置有調(diào)節(jié)機構18和靶標座20，通過調(diào)節(jié)機構18對密封殼體9進行x/y方向調(diào)節(jié)，精確定位斬波器的安裝位置；v型托架16的兩個支撐臂上設置有限位桿17，方便吊裝所述密封殼體9。

需要說明的是，v型托架16和調(diào)節(jié)機構18、靶標座20等都是為了準確安裝密封殼體9，以實現(xiàn)斬波器對快中子束流的準確阻擋和吸收。本申請的一種實現(xiàn)方式中，調(diào)節(jié)機構18由八個螺栓組成，x方向和y方向，每個方向各有四個螺栓，通過擰螺栓頂v型托架16使其位移，實現(xiàn)平面x/y方向調(diào)節(jié)；此外，螺栓除了起調(diào)節(jié)作用以外，在螺栓頂緊后，用螺母鎖緊，還可以起到固定v型托架16的作用。

優(yōu)選的，阻擋塊1由兩塊大小相等的長條形的因康鎳合金x750組成。

本申請的有益效果在于：

本申請的斬波器，特別針對快中子束流而設計，通過阻擋塊轉動，能夠有效而準確的去除快中子束流，消除背底，避免快中子束流對后續(xù)研究造成不良影響。并且，本申請的斬波器，結構簡單、使用方便，為中子束流的應用奠定了基礎。

附圖說明

圖1是本申請實施例中斬波器的外觀結構示意圖；

圖2是本申請實施例中斬波器的剖面結構示意圖；

圖3是本申請實施例中斬波器的轉動部件結構示意圖；

圖4是本申請實施例中斬波器的阻擋塊結構示意圖；

圖5是本申請實施例中斬波器的吊裝結構示意圖；

圖6是本申請實施例中v型托架的俯視結構示意圖；

圖7是本申請實施例中作為調(diào)節(jié)機構的螺栓的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本申請作進一步詳細說明。以下實施例僅對本申請進行進一步說明，不應理解為對本申請的限制。

實施例

本例的去除快中子束流的斬波器，如圖1和圖2所示，包括密封殼體9、阻擋塊1和轉動部件。密封殼體9呈圓柱筒形結構，圓柱筒的兩端由大法蘭10封閉，密封殼體9采用不銹鋼鍛造成圓形，兩端的大法蘭10與密封殼體9止口配合，保證同心度。前后兩個大法蘭10上對稱的位置處開設有中子束窗口13，以便中子束流穿過斬波器，中子束流穿過斬波器的軌跡，即本例的中子束流軌跡，該軌跡與圓柱筒的軸線平行；中子束窗口13由超硬鋁合金材料制成，厚度是經(jīng)過受力計算后的安全厚度，本例具體的厚度為0.4mm，可以實現(xiàn)斬波器的密封且又能運行中子束流穿過，減小中子的損失；超硬鋁合金材料通過螺栓固定膠圈密封固定在大法蘭10上。密封殼體9的大法蘭10上設置有真空抽氣口22，以便于對密封殼體9合圍空腔進行抽真空；密封殼體9與兩大法蘭10以及其它組件是采用膠圈密封方式封閉的，真空度在10pa左右，真空漏率小于1×10^-6pa.m³/s。而其它外圍部件，則通過焊接固定在密封殼體9或者密封殼體9的大法蘭10上。

轉動部件設置于密封殼體9的合圍空腔內(nèi)，轉動部件包括轉軸4和轉動塊3，轉動塊3對稱設置于轉軸4兩側，轉軸4由內(nèi)裝式電機直接驅動，帶動轉動塊3轉動。內(nèi)裝式電機包括電機定子6和電機轉子7，電機定子6固定在密封殼體9上，電機轉子7套設于電機定子6內(nèi)，電機轉子7與轉軸4固定連接，以帶動轉軸4轉動。轉軸4的兩端呈轉動活動連接在圓柱筒兩端的大法蘭10上，兩個大法蘭10作為支撐轉軸4的承重結構。并且，如圖2所示，在轉軸4的其中一個末端安裝有旋轉變壓器8，旋轉變壓器8用于感應轉軸4轉動時的轉軸角位移和角速度，以此作為電機的位置反饋元件，以保障轉軸4平穩(wěn)的轉動。

需要說明的是，目前比較常用的反饋電機位置的裝置是光電編碼器，例如英國isis就使用光電編碼器；但是，在本例的具有應用過程中發(fā)現(xiàn)，光電編碼器不能在中子輻射環(huán)境下長期使用，需要經(jīng)常更換。因此，本例采用旋轉變壓器8反饋電機位置；旋轉變壓器由于沒有電子元器件，所以能在中子輻射環(huán)境內(nèi)長期使用。

阻擋塊1由兩塊大小相等的合金塊組成，合金塊為中子吸收材料，兩塊合金塊分別對稱安裝在轉軸4兩側的轉動塊3上，阻擋塊1與轉動塊3采用凹凸配合加螺栓2連接的方式固定。本例中，作為阻擋塊1的合金塊，具體是兩塊大小相等的長條形的因康鎳合金x750，如圖4所示。阻擋塊1轉動時，中子束流穿過斬波器的軌跡與阻擋塊1轉動形成的圓環(huán)面垂直相交，并且，阻擋塊1與中子束流軌跡相交的一面的面積大于中子束流在相交處的截面積。因此，阻擋塊因康鎳合金x750截面，即阻擋塊的寬度和厚度，根據(jù)中子束流傳輸導管的截面大小而確定，只要阻擋塊的寬度和厚度略大于中子束流截面即可，而阻擋塊的長度本例具體為300mm。

本例中，電機轉子7與轉軸4過盈配合，從而帶動轉軸4旋轉，轉軸4與轉動塊3過盈配合，而轉動塊3與阻擋塊1采用螺栓2連接，因此電機可以帶動轉動塊3和阻擋塊1轉動。電機轉子7與主軸4過盈配合，采用加熱電機轉子的方式安裝，電機轉子上自帶油孔，采用油壓法拆卸電機轉子，可以實現(xiàn)多次重復安裝無磨損。

如圖3所示，本例的轉軸4與轉動塊3采用過盈配合，熱裝而成。阻擋塊1與轉動塊3采用六個螺栓2固定，為了對稱平衡，將螺栓2正/反向間隔布置。在轉動塊3兩側有兩個配重盤5，動平衡時通過對配重盤5進行鉆孔達到要求的動平衡精度，配重盤5的直徑應與轉動塊3的最大外徑相等。轉動塊3及配重盤5皆由超硬鋁合金材料制成。本例具體的，要求達到的動平衡精度為g1.0。

如圖1和圖2所示，在兩個大法蘭10上方安裝光電傳感器11，采用對射式光電傳感器，阻擋塊1每轉一圈，會發(fā)出一個信號，與標準信號進行對比可以實現(xiàn)對阻擋塊1位置的監(jiān)測。

在電機定子6上設計有電機水冷外殼12，上有水路接口，對電機定子進行水冷。本例的電機水冷外殼12材料為超硬鋁合金。大法蘭10作為支撐轉軸4的軸承座，在其上布置槽形水路通道，并裝有進出口水路接頭，實現(xiàn)對轉軸4進行冷卻。對本例的斬波器進行水冷，需水冷的部件為轉軸4的兩端軸承和電機，水路由水管21串聯(lián)。進出水口設置在一塊水電連接板15上，采用快速接口與總水路斷開或連接。

進一步的，如圖1和圖2所示，在大法蘭10上布置有振動傳感器14和溫度傳感器，用于監(jiān)測軸承運行時的振動和溫度變化情況。在大法蘭10上布置真空計23，用于測量真空密封腔體內(nèi)的真空度。

如圖1和圖2所示，本例的斬波器，其信號線，包括電機信號、振動傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、真空計等信號線，都集成到一個信號電連接器上方便統(tǒng)一插拔。

如圖1和圖2所示，本例的密封殼體9采用v型托架16支撐，并由密封殼體固定螺栓24固定安裝，密封殼體9落在v型托架16的底板上，密封殼體9與v型托架16的底板固定位置在設備中部，底板與密封殼體9采用兩個定位銷進行定位；并且，底板上設置有調(diào)節(jié)機構18和靶標座20，通過調(diào)節(jié)機構18對密封殼體9進行x/y方向調(diào)節(jié)，精確定位斬波器的安裝位置；v型托架16的兩個支撐臂上設置有限位桿17，與限位桿17相應的密封殼體9上有相應的直線軸承，方便吊裝所述密封殼體9。吊裝真空密封腔體時，如圖5所示，通過兩根限位桿17進行吊裝限位，減少吊裝摩擦，然后再通過底板上安裝的定位銷25進行準確定位，定位精度為0.5mm，吊裝復位精度0.1mm。并且，為了有效的保護各種導管和線路，在v型托架16的底座還設計有導管隔板19，導管隔板19由底座起豎立在v型托架16的開口處，并且，在與中子束窗口13相應的地方開設通孔，以方便中子束流通過，導管隔板19將密封殼體9的小半個圓弧圍在v型托架16內(nèi)。本例的導管隔板19實際上就是一塊板，上面開設有與各導管大小相當?shù)娜笨?，以便導管通過；導管隔板19位于斬波器與導管之間。根據(jù)設計導管與斬波器的間隙為5mm，在吊裝斬波器時，斬波器通常會有細微的擺動，這有可能會碰撞導管，而導管內(nèi)部件是玻璃材質，比較容易壞；因此，設計導管隔板19，斬波器與導管隔板19的間隙為3.5mm，吊裝時就算斬波器擺動也會先撞到導管隔板19上，避免了碰撞導管，造成其損傷。

本例的調(diào)節(jié)機構18由八個螺栓組成，如圖6和圖7所示，x方向和y方向，每個方向各有四個螺栓，圖6顯示了八個螺栓的具體位置，圖7為本例的螺栓的結構，通過擰螺栓頂v型托架16使其位移，實現(xiàn)平面x/y方向調(diào)節(jié)；此外，螺栓除了起調(diào)節(jié)作用以外，在螺栓頂緊后，用螺母鎖緊，還可以起到固定v型托架16的作用。

本例的斬波器是用于阻擋質子打靶時產(chǎn)生的快中子，需要在快中子到達該斬波器時阻擋塊正好位于中子飛行路徑上，因此該斬波器的控制系統(tǒng)要使阻擋塊1的工作頻率與中子源的脈沖頻率嚴格同步，使得阻擋塊1的相位與源信號的相位始終保持為恒定的設定相位。本例采用閉環(huán)相位控制，以保證斬波器的相位信號與中子源的重復信號嚴格同步。

具體的，本例的控制系統(tǒng)采用多層結構，相位控制在底層下位機simotiond運動控制器中完成，同時對斬波器的溫度和真空度、振動值進行監(jiān)測，并將相位控制的結果發(fā)送給探測器電子學系統(tǒng)；中層為用戶操作界面，可以實現(xiàn)對斬波器的本地操作，所有監(jiān)控過程畫面以及各種控制參數(shù)都可以在與該層網(wǎng)絡相連的本地操作員站或遠程控制站上進行操作和顯示；上層網(wǎng)絡采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)對外的網(wǎng)絡擴展，與譜儀的控制網(wǎng)絡進行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、集中管理的遠程控制功能。

以上內(nèi)容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本申請的保護范圍。