一种高定向热解石墨单晶中子单色器装置

本发明涉及中子散射与中子单色及聚焦，特别是涉及一种高定向热解石墨单晶中子单色器装置。

背景技术：

1、现有技术中依靠手动操作聚焦中子单色器装置中晶片的倾角，调整不及时或者反复调整存在较大辐射。而自动可调聚焦中子单色器装置，如发明专利“一种单色中子聚焦装置(申请号cn201811272458.7)”，是一种镶嵌锗单晶的聚焦装置，该装置采用一个电机驱动一组晶片机构运动从而实现晶片角度倾斜的设计，晶片组之间呈抛物面排列。该装置结构复杂，一是处于中子束附近的部件越多，易导致辐射背景高，从而对单色器屏蔽的需求也高，二是处于辐射背景中的电机带有磁性，当有极化中子需求，需要在单色器装置上增加磁场也极为不方便，另外，电机越多，需要从单色器屏蔽装置中引出的电缆线越多，维修也不方便。发明专利“一种手动调节聚焦半径的单色器(申请号202010864975.4)”是针对有一定弹性的硅单晶片固定在两个凹形固定柱及两个所述凸形压柱之间，通过施加外力引起硅单晶片变形而完成聚焦的。胡瑞等作者(原子能科学技术49(7)，2015，1315-1319)报道了四柱式双聚焦完美硅单晶单色器，采用固定垂直聚焦半径和可调水平聚焦半径相结合的模式，多层薄硅片组成单晶硅组，在电机驱动和四柱作用下促使单晶硅组变形从而实现水平聚焦半径。但高定向热解石墨单晶是中子单色器优选使用的单晶，高定向热解石墨单晶小，脆易断裂，以上这些装置不适用于镶嵌高定向热解石墨单晶。

2、因此，急需一种高定向热解石墨单晶中子单色器装置。

技术实现思路

1、本发明提供一种高定向热解石墨单晶中子单色器装置，本装置采用凸轮机构带动晶片转动实现调节晶片的聚焦曲率半径，使得装置中的结构零件少、运动链短，结构简单紧凑，也起到降低本底，提高信噪比的作用。

2、本发明提供一种高定向热解石墨单晶中子单色器装置，包括机架、多个晶片转动机构、晶片零位机构和晶片转动驱动装置，多个所述晶片转动机构和所述晶片零位机构能够转动地设置所述机架上，所述晶片转动机构分布在所述晶片零位机构的上方和下方，所述晶片转动驱动装置与所述机架相连，多个所述晶片转动机构与所述晶片转动驱动装置接触，所述晶片转动驱动装置能够带动多个所述晶片转动机构实现转动形成曲面，以实现调节多个所述晶片转动机构的聚焦曲率半径。

3、所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，优选地，所述晶片转动机构包括第一转动件、晶片连接板和推杆，所述晶片连接板上开设有自上而下贯通的空隙，所述空隙用于插入晶片，所述晶片连接板的两端通过所述第一转动件与所述机架实现转动相连，所述晶片连接板的一端设有所述推杆，所述晶片连接板与所述晶片转动驱动装置通过所述推杆实现接触。

4、所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，优选地，所述推杆的一端设有带螺纹的圆柱，所述推杆的另一端设有球头，所述圆柱与所述晶片连接板通过螺纹固定，所述球头与所述晶片转动驱动装置的表面相接触。

5、所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，优选地，所述晶片零位机构包括第二转动件、零位连接板和固定螺钉，所述零位连接板上开设有自上而下贯通的空隙，所述空隙用于插入晶片，所述零位连接板通过所述第二转动件与所述机架实现转动相连，并且所述零位连接板通过所述固定螺钉与所述机架固定。

6、所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，优选地，所述第一转动件和所述第二转动件均包括第三轴承和连接轴，所述晶片连接板和所述零位连接板的两端分别设有所述连接轴，所述第三轴承设置在所述机架上，所述连接轴与所述第三轴承通过过渡配合连接在一起。

7、所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，优选地，所述晶片转动驱动装置包括主动轴、多个上凸轮、多个下凸轮、转动角度限位部件、驱动部件和轴承组件，所述转动角度限位部件的上方设有多个所述上凸轮，所述转动角度限位部件的下方设有多个所述下凸轮，多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的表面为坡面，各个所述上凸轮之间的螺距不相同，各个所述下凸轮之间的螺距也不相同，并且多个所述上凸轮之间的螺距与多个所述下凸轮之间的螺距对称相等，但方向相反，以实现多个所述上凸轮形成逆时针方向旋转的螺旋面，多个所述下凸轮形成顺时针方向旋转的螺旋面，多个所述上凸轮和多个所述下凸轮分别通过所述轴承组件设置在所述机架上，所述驱动部件与所述主动轴相连以实现带动多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的转动，多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的表面与所述球头相接触，所述球头能够在多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的坡面上移动以实现多个所述上凸轮和多个所述下凸轮带动所述晶片转动机构的转动。

8、所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，优选地，所述转动角度限位部件包括第一位置精密传感器、第二位置精密传感器、第一位置触发环和第二位置触发环，所述第一位置触发环和所述第二位置触发环设置在所述主动轴上，所述第一位置精密传感器和所述第二位置精密传感器分别设置在所述机架上。

9、所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，优选地，所述驱动部件包括电机和联轴器，所述电机设置在所述机架上，所述电机通过所述联轴器与所述主动轴相连。

10、有益效果：

11、1、本装置采用了一个电机驱动主动轴转动，进而带动多个上凸轮和多个下凸轮以正反旋转的方式同步转动，推杆的球头与螺旋面点接触配合，随着螺旋面高度变化，推杆的球头在做上下运动，使得各个晶片产生旋转，最终获得聚焦半径的改变实现，且重复定位精度高。

12、2、多个上凸轮和多个下凸轮能够独立调节，能够方便单独准直每个晶片组的角度精度，直至达到高精度的设计要求。

13、3、本装置采用凸轮机构，使得装置中的结构零件少、运动链短，结构简单紧凑，也起到降低本底，提高信噪比的作用。

14、本装置的高定向热解石墨单晶中子单色器装置安装上高定向热解石墨单晶，安装在中子三轴谱仪上，且可以安装磁场获取极化中子，能够对大尺寸的白光中子束进行单色化，在样品处实现聚焦中子束，提高了中子通量，对水平方向的中子发散度没有影响。

技术特征：

1.一种高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，包括机架、多个晶片转动机构、晶片零位机构和晶片转动驱动装置，多个所述晶片转动机构和所述晶片零位机构能够转动地设置所述机架上，所述晶片转动机构分布在所述晶片零位机构的上方和下方，所述晶片转动驱动装置与所述机架相连，多个所述晶片转动机构与所述晶片转动驱动装置接触，所述晶片转动驱动装置能够带动多个所述晶片转动机构实现转动形成曲面，以实现调节多个所述晶片转动机构的聚焦曲率半径。

2.根据权利要求1所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，所述晶片转动机构包括第一转动件、晶片连接板和推杆，所述晶片连接板上开设有自上而下贯通的空隙，所述空隙用于插入晶片，所述晶片连接板的两端通过所述第一转动件与所述机架实现转动相连，所述晶片连接板的一端设有所述推杆，所述晶片连接板与所述晶片转动驱动装置通过所述推杆实现接触。

3.根据权利要求2所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，所述推杆的一端设有带螺纹的圆柱，所述推杆的另一端设有球头，所述圆柱与所述晶片连接板通过螺纹固定，所述球头与所述晶片转动驱动装置的表面相接触。

4.根据权利要求3所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，所述晶片零位机构包括第二转动件、零位连接板和固定螺钉，所述零位连接板上开设有自上而下贯通的空隙，所述空隙用于插入晶片，所述零位连接板通过所述第二转动件与所述机架实现转动相连，并且所述零位连接板通过所述固定螺钉与所述机架固定。

5.根据权利要求4所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，所述第一转动件和所述第二转动件均包括第三轴承和连接轴，所述晶片连接板和所述零位连接板的两端分别设有所述连接轴，所述第三轴承设置在所述机架上，所述连接轴与所述第三轴承通过过渡配合连接在一起。

6.根据权利要求5所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，所述晶片转动驱动装置包括主动轴、多个上凸轮、多个下凸轮、转动角度限位部件、驱动部件和轴承组件，所述转动角度限位部件的上方设有多个所述上凸轮，所述转动角度限位部件的下方设有多个所述下凸轮，多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的表面为坡面，各个所述上凸轮之间的螺距不相同，各个所述下凸轮之间的螺距也不相同，并且多个所述上凸轮之间的螺距与多个所述下凸轮之间的螺距对称相等，但方向相反，以实现多个所述上凸轮形成逆时针方向旋转的螺旋面，多个所述下凸轮形成顺时针方向旋转的螺旋面，多个所述上凸轮和多个所述下凸轮分别通过所述轴承组件设置在所述机架上，所述驱动部件与所述主动轴相连以实现带动多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的转动，多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的表面与所述球头相接触，所述球头能够在多个所述上凸轮和多个所述下凸轮的坡面上移动以实现多个所述上凸轮和多个所述下凸轮带动所述晶片转动机构的转动。

7.根据权利要求6所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，所述转动角度限位部件包括第一位置精密传感器、第二位置精密传感器、第一位置触发环和第二位置触发环，所述第一位置触发环和所述第二位置触发环设置在所述主动轴上，所述第一位置精密传感器和所述第二位置精密传感器分别设置在所述机架上。

8.根据权利要求7所述的高定向热解石墨单晶中子单色器装置，其特征在于，所述驱动部件包括电机和联轴器，所述电机设置在所述机架上，所述电机通过所述联轴器与所述主动轴相连。

技术总结本发明涉及一种高定向热解石墨单晶中子单色器装置，包括机架、多个晶片转动机构、晶片零位机构和晶片转动驱动装置，多个晶片转动机构和晶片零位机构能够转动地设置机架上，晶片转动机构分布在晶片零位机构的上方和下方，晶片转动驱动装置与机架相连，多个晶片转动机构与晶片转动驱动装置接触，晶片转动驱动装置能够带动多个晶片转动机构实现转动形成曲面，以实现调节多个晶片转动机构的聚焦曲率半径。本装置的高定向热解石墨单晶中子单色器装置安装上高定向热解石墨单晶，安装在中子三轴谱仪上，且可以安装磁场获取极化中子，能够对大尺寸的白光中子束进行单色化，在样品处实现聚焦中子束，提高了中子通量，对水平方向的中子发散度没有影响。技术研发人员：张红霞,刘娟娟,徐大业,程鹏,汪晋辰受保护的技术使用者：中国人民大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29