本實用新型屬于同位素電磁分離器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于同位素電磁分離器的接收器。

背景技術(shù)：

電磁分離方法在同位素分離領(lǐng)域具有不可或缺的地位，電磁分離法是利用能量相同、質(zhì)量不同的離子在橫向磁場中旋轉(zhuǎn)半徑不同實現(xiàn)同位素分離的。同位素電磁分離器就是采用電磁分離方法分離得到同位素的設(shè)備。

接收器是同位素電磁分離器的核心部件之一，用于接收經(jīng)過離子光學(xué)系統(tǒng)后分離的同位素束流。它必須滿足保持率高、同位素相互沾污小、可同時收集多種同位素、能夠長時間穩(wěn)定運行等要求。美國與俄羅斯是電磁同位素分離大國，最早使用電磁分離法分離同位素，因此，他們所使用的接收器代表了先進的水平。我們設(shè)計制造的電磁同位素分離器用接收器在結(jié)構(gòu)上與美國和俄羅斯的接收器在結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格上有所不同，本實用新型中的接收器用于分離后穩(wěn)定同位素的接收。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前同位素電磁分離器的接收器存在的問題，本實用新型的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定同位素的接收，并保證接收同位素的豐度的本接收器，同時能夠?qū)崿F(xiàn)接收器上接收口袋位置的在線調(diào)整，并能夠同時接收多種同位素。

為達到以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種用于同位素電磁分離器的接收器，設(shè)置在所述同位素電磁分離器的真空室的真空環(huán)境中，包括通過絕緣子設(shè)置在框架上的面板，所述面板上設(shè)有入射縫，所述入射縫能夠通過電磁分離后的同位素的離子束，其中，還包括設(shè)置在所述框架上的接收口袋，所述接收口袋能夠接收從所述入射縫通過的所述離子束；所述框架設(shè)置在能夠前后移動的滑動軸上，所述接收口袋、面板能夠隨所述滑動軸后移動。

進一步，所述入射縫不止一個；根據(jù)分離后的所述同位素的離子束的色散和聚焦情況，每個所述入射縫的縫寬各不相同；每個所述入射縫對應(yīng)一個與所述入射縫的縫寬相匹配的特定厚度的所述接收口袋；相對應(yīng)的所述入射縫和所述接收口袋能夠使得從所述入射縫通過的所述離子束全部進入所述接收口袋中，所述接收口袋能夠降低所述離子束的濺射作用，所述接收口袋具有彎曲弧度，所述彎曲弧度的曲率半徑為980mm。

進一步，所述滑動軸的滑動控制采用不破壞所述真空環(huán)境的遠程控制方式，所述框架、滑動軸采用不銹鋼制作。

進一步，所述接收口袋設(shè)有用于降溫的冷卻水管，通過水冷降溫降低所述離子束的濺射作用。

更進一步，所述面板采用高純石墨制作，所述接收口袋采用紫銅制作，所述接收口袋能夠耐受最大功率為2kW的離子束。

進一步，還設(shè)置有水分配柱和與所述水分配柱相連的多個水冷接頭，所述水冷接頭之間并聯(lián)，所述水冷接頭用于同所述接收口袋上的所述冷卻水管相連，為所述接收口袋提供冷卻用水。

進一步，所述水分配柱采用絕緣的聚四氟乙烯制作，所述冷卻水管采用恒溫水冷卻。

更進一步，所述水分配柱、水冷接頭、冷卻水管能夠耐0.6MPa水壓。

進一步，還包括通過所述絕緣子設(shè)置在所述框架上的能夠開啟閉合的擋門，閉合時能夠?qū)⑺雒姘迳系乃鋈肷淇p擋住，開啟時能夠允許所述離子束通過所述入射縫。

更進一步，所述面板由高純石墨制成的，所述擋門采用不破壞所述真空環(huán)境的遠程控制方式開啟閉合。

本實用新型的有益效果在于：

1.采用電動方式使接收器頭部可沿前、后(y)方向移動，在同位素的分離過程中可遠程精確調(diào)節(jié)，更有效地接收分離后的同位素產(chǎn)品，且在移動過程中不破壞真空環(huán)境。

2.可以安裝接收口袋的橫(x)方向空間寬度能夠安裝多個接收口袋，保證同時接收多種同位素，并且接收口袋均采用水冷，每個接收口袋可耐受最大功率為2kW。

3.滿足保持率高，提高接收器里收集的同位素的豐度，保證同位素相互沾污小，并能長時間穩(wěn)定運行。

4.真空密封性能好，真空度可以達到1～3×10^-3Pa，不破壞真空室內(nèi)的真空環(huán)境，保證同位素分離的正常運行。

附圖說明

圖1是本實用新型具體實施方式中所述用于同位素電磁分離器的接收器的左視圖；

圖2是本實用新型具體實施方式中所述用于同位素電磁分離器的接收器的右視圖；

圖3是本實用新型具體實施方式中所述面板和所述擋門的連接示意圖；

圖4是本實用新型具體實施方式中所述面板的前視圖；

圖5是本實用新型具體實施方式中所述面板的側(cè)視圖；

圖6是本實用新型具體實施方式中用于接收⁸⁵Rb的所述接收口袋的示意圖；

圖7是本實用新型具體實施方式中用于接收⁸⁷Rb的所述接收口袋的示意圖；

圖中：1-接收口袋，2-冷卻水管，3-面板，4-滑動螺母，5-傳動軸，6-連接法蘭，7-第一步進電機，8-絲杠，9-水分配柱，10-傳動桿，11-第二步進電機，12-滑動軸，13-水冷接頭，14-擋門，15-框架，16-入射縫，17-傳動臂。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。

本實用新型提供的一種用于同位素電磁分離器的接收器，設(shè)置在同位素電磁分離器的真空室的真空環(huán)境中，如圖1所示，包括通過絕緣子設(shè)置在框架15上的面板3、接收口袋1、擋門14。面板3上設(shè)有入射縫16，入射縫16能夠通過電磁分離后的同位素的離子束，接收口袋1能夠接收從入射縫16通過的離子束，擋門14能夠開啟閉合，閉合時能夠?qū)⒚姘?上的入射縫16擋住，開啟時能夠允許離子束通過入射縫16。用于同位素電磁分離器的接收器通過連接法蘭6設(shè)置在同位素電磁分離器的真空室的真空環(huán)境中，其中，位于連接法蘭6的包含框架15的一側(cè)的部件都處于真空室的真空環(huán)境中，位于連接法蘭6的另一側(cè)的部件都處于非真空環(huán)境中。

框架15設(shè)置在能夠前后移動的滑動軸12上，接收口袋1、面板3、擋門14能夠隨滑動軸12前后移動。在本實施例中，前后移動的距離為200mm，在移動過程中頭部不振動、傾斜、扭轉(zhuǎn)，同時保持同位素電磁分離器的真空室的真空密封。接收器用于同時接收已分離開的多種同位素。對每種同位素，接收的最佳位置是不同的，需要在加工條件許可的情況下盡可能的優(yōu)化。通過數(shù)值計算和實驗修正結(jié)合的方式，獲得與同位素離子束的實際軌跡相符合的計算程序，用于接收器位置的確定。在運行中，由于加速電壓、弧放電等參數(shù)的變化，同位素的離子束聚焦面的位置也在變化，為更好地接收同位素，需要對接收器的面板和接收口袋的位置進行實時調(diào)整(通過框架15的前后滑動，來實現(xiàn)接收口袋1和面板3的位置調(diào)整)，來保證接收的同位素的豐度。

滑動軸12的滑動控制采用不破壞真空環(huán)境的遠程控制方式，框架15、滑動軸12采用不銹鋼制作。在本實施例中，采用電動方式實現(xiàn)遠程控制，在同位素的分離過程中可以框架15移動的實現(xiàn)精確控制，如圖1所示，第一步進電機7控制絲杠8旋轉(zhuǎn)，進而帶動滑動軸12前后移動。

面板3(如圖3至圖5)采用高純石墨制作，接收口袋1采用紫銅制作，接收口袋1能夠耐受最大功率為2kW的離子束的轟擊。在本實施例中，面板3采用8mm厚高純石墨制作，其高×寬為272mm×350mm，可以是一個整片，也可以由2～3塊拼接起來，面板3上的入射縫16和接收口袋1的形狀要根據(jù)理論計算及熱力學(xué)計算結(jié)果，結(jié)合所裝配使用的同位素電磁分離器的色散和聚焦情況來確定。銣元素的色散和相應(yīng)入射縫縫口寬度見表1。

根據(jù)分離的同位素種類，入射縫16不止一個；根據(jù)分離后的同位素的離子束的色散和聚焦情況，每個入射縫16的縫寬各不相同；每個入射縫16對應(yīng)一個與入射縫16的縫寬相匹配的特定厚度的接收口袋1；相對應(yīng)的入射縫16和接收口袋1(縫口寬度和接收口袋的形狀)能夠使得從入射縫16通過的離子束全部進入接收口袋1中，接收口袋1具有一定的彎曲弧度(彎曲弧度的曲率半徑為980mm，該彎曲弧度是根據(jù)離子束束流截面形狀而確定，有利于均勻接收束流、降低同位素蒸發(fā))，并在口袋外側(cè)焊接水冷銅管，有利于束流接收。接收口袋1能夠降低離子束的濺射作用，降低同位素的損失(通過水冷降溫來抑制濺射作用)。每分離一種元素的同位素，均需重新設(shè)計相應(yīng)的接收口袋1(入射縫16的寬度不需改變，但對于不同的元素，縫與縫的間距需要重新設(shè)計)。面板3和接收口袋1都是可以更換的部件。

在本實施例中，面板3上可以安裝接收口袋1的橫(x)方向空間寬度為250mm；可以安裝最多4個接收口袋1(根據(jù)接收的同位素，每個接收口袋的具體尺寸有變化)，可以接收最大離子流為≤200mA，承受最大功率為8kW。

濺射是接收器制作和運行中遇到的重要問題。由于同位素電磁分離器內(nèi)離子束能量為25～35keV，正處于產(chǎn)生最大濺射產(chǎn)額的范圍(5～50keV)內(nèi)，濺射現(xiàn)象嚴重，由于離子束轟擊，使接收口袋1溫度升高引起蒸發(fā)，因此濺射和蒸發(fā)是造成同位素損失和沾污的重要原因。

為了避免因接收口袋1的溫度過高造成接收口袋1內(nèi)已沉積的同位素蒸發(fā)損失，接收口袋1需要水冷卻，所以接收口袋1設(shè)有用于降溫的冷卻水管2(如圖1、圖6、圖7所示)，冷卻水溫控制在25℃，并通過水冷降溫降低離子束的濺射作用。

本實用新型提供的用于同位素電磁分離器的接收器設(shè)置有水分配柱9(在本實施例中水分配柱9為兩個)以及與水分配柱9相連的多個水冷接頭13，其中水冷接頭13之間相互并聯(lián)，水冷接頭13用于同接收口袋1上的冷卻水管2相連，為接收口袋1提供冷卻用水。水分配柱9采用絕緣的聚四氟乙烯制作，冷卻水管2采用恒溫水冷卻(在本實施例中，冷卻水溫控制在25℃)。水分配柱9、水冷接頭13、以及接收口袋1上的冷卻水管2能夠耐0.6MPa水壓。在本實施例中，水冷接頭13為5組(圖1中的6個接頭中，其中有一個是進出水管路的封閉頭)，水分配柱9的密封可靠，且拆裝方便。

擋門14由高純石墨制成的，擋門14采用不破壞真空環(huán)境的遠程控制方式開啟閉合。在本實施例中，采用電動方式實現(xiàn)遠程控制，在不破壞真空情況下可以電動打開、關(guān)閉擋門14。如圖2所示，在滑動軸12的內(nèi)部設(shè)有傳動軸5，傳動軸5一端連接在第二步進電機11上(第二步進電機11位于非真空環(huán)境中)，傳動軸5的另一端連接設(shè)置在接收機的框架15上的傳動桿10，在框架15上還設(shè)置有傳動臂17，傳動桿10通過傳動臂17連接擋門14，第二步進電機11通過傳動軸5、傳動桿10控制傳動臂17運動，檔門14在傳動臂17的帶動下，可以轉(zhuǎn)動50度，進而完成擋門14的開啟閉合。

最后舉例說明本實用新型所提供的用于同位素電磁分離器的接收器面板上的入射縫的寬度確定方式。不同的同位素色散關(guān)系不一樣，接收器的接收口袋的中心距及尺寸是保證同位素束流接收的重要參數(shù)。以銣(Rb)為例，根據(jù)理論計算，可以得出銣的同位素的色散關(guān)系，根據(jù)色散及磁場強度，確定接收口袋寬度及口袋位置。由于銣元素有兩個同位素(⁸⁵Rb、⁸⁷Rb)，在分離過程中，共設(shè)計兩個接收口袋(分別用于收集同位素⁸⁵Rb、⁸⁷Rb，如圖6、圖7所示)。因此面板3上只需要設(shè)置兩條不同寬度的入射縫16，并對應(yīng)兩個接收口袋。

現(xiàn)有的同位素電磁分離器的色散近似計算公式如下，取中間質(zhì)量M₀為標準。

M＜M₀時 色散d＝ρ×ΔM/M₀

M＞M₀時 色散

對于同位素電磁分離器ρ＝1700mm，D＝3345.5mm

⁸⁵Rb、⁸⁷Rb之色散為d_85-87＝39.2mm

如圖3-圖5所示，面板3上的兩條入射縫16的縫口的寬度b₁、b₂分別取12mm、10mm。

色散是由近似公式給出，上機進行銣同位素分離時，可以判斷出d的值，下機后將入射縫16向一側(cè)修擴，直到在分離同位素⁸⁵Rb、⁸⁷Rb時，兩個接收口袋同時獲得最大束流。銣元素的色散和縫口寬度見“表1”。

表1銣元素的色散和縫口寬度

本實用新型所述的裝置并不限于具體實施方式中所述的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案得出其他的實施方式，同樣屬于本實用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。