DB34 T 3423-2019 超导回旋加速器 中心区设计准则.pdf

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1、ICS 27.120.99 F 91 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 34232019 超导回旋加速器 中心区设计准则 Superconducting cyclotron Design criteria for central region 文稿版次选择 2019 - 11 - 04 发布 2019 - 12 - 04 实施 安徽省市场监督管理局 发布 DB34/T 34232019 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由合肥中科离子医学技术装备有限公司提出。 本标准由安徽省超导回旋加速器标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：合肥中科离子医学

2、技术装备有限公司、中国科学院等离子体物理研究所、安徽省 质量和标准化研究院。 本标准主要起草人：陈根、葛剑、侯小雨、周凯、尉传颂、周健、裴坤、王重、宋云涛、陈永华、 杨庆喜、丁开忠、陈洁鹤。 DB34/T 34232019 1 超导回旋加速器 中心区设计准则 1 范围 本标准规定了超导回旋加速器中心区的术语和定义、设计原则、设计步骤、结构设计。 本标准适用于超导回旋加速器中心区设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 1184 形状和位置

3、公差 未注公差值 GB/T 1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差 GB/T 11345 焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定 DB34/T 3110-2018 超导回旋加速器 主磁铁气隙中平面磁场测量方法 3 术语和定义 DB34/T 3110-2018 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了 DB34/T 3110-2018 中的某些术语和定义。 3.1 中心区 central region 加速器内粒子从低能到具有一定能量，进入常规加速过程的过渡区结构。 3.2 D板 dee plate 与射频腔相连，用于产生加速电压的结构。 3.3 假

4、D 板 dummy dee plate 安装在磁极上，零电势，与高压板之间的间隙中产生高压电场，从而给粒子进行加速的结构。 3.4 准直器 collimator 中心区中用于调节束流强度与品质的结构。 DB34/T 34232019 2 3.5 相位选择器 phase slit 中心区中实现不同相位束流选择的结构。 3.6 一次谐波线圈 first-harmonic coil 线圈通电后能调节中心区粒子对中的结构。 3.7 垂直偏转板 vertical deflector 在中心区轴向产生偏转电场，使粒子偏转到准直器上，实现快速关断和束流调强功能的结构。 3.8 凸形磁场 bump field

5、 中心区实现粒子轴向聚焦的磁场。 3.9 包络层 envelo pe layer 屏蔽射频腔外杂散场的结构。 3.10 磁铁塞块 magnet ic plug 在中心区产生一个凸形磁场以实现粒子在中心区的轴向聚焦的结构。 3.11 绝缘子 insulator 用于垂直偏转板和假D板之间绝缘的结构。 3.12 中平面 median plane 位于两组磁极气隙间的对称面。 DB34/T 3110-2018，定义3.2 4 设计要求 4.1 总体 4.1.1 中心区所处区域真空度应不大于 110 -3 Pa。 4.1.2 轴向电场强度应不大于 80 kV/cm，水平方向电场强度应不大于 150 k

6、V/cm。 DB34/T 34232019 3 4.1.3 中心区的凸形磁场应能够实现粒子的轴向聚焦。 4.1.4 包络层结构应能够屏蔽射频腔外的杂散场。 4.1.5 中心区整体结构关于中平面对称，零件结构应便于制造、安装、调整和更换。 4.2 外观 4.2.1 所有零件表面应无划痕和毛刺。 4.2.2 D 板和假D 板所有外轮廓边缘均应圆角处理。 4.2.3 D板和假D板之间的间隙圆角表面粗糙度应不大于1.6 m， 其余表面粗糙度应不大于3.2 m。 4.2.4 焊缝检测应按 GB/T 11345 的规定执行。 4.3 尺寸 4.3.1 所有零件的螺纹孔和销孔位置度应不大于 0.1 mm。

7、4.3.2 未注尺寸公差和未注形位公差应按照 GB/T 1804、GB/T 1184 的规定执行。 4.4 材料 4.4.1 D 板、假D 板、垂直偏转板、准直器、相位选择器、一次谐波线圈冷却水管以及包络层的材质 宜选择 TU1无氧铜。 4.4.2 磁铁塞块材质可选择 10#钢或其他满足磁场要求的磁性材料。 4.4.3 螺栓和销钉应采用奥氏体不锈钢，且磁导率不大于 1.05。 4.4.4 绝缘子选择可加工陶瓷或其它绝缘材料。 4.4.5 一次谐波线圈的冷却水应采用去离子水，电导率应不大于 2 s/cm。 4.4.6 铜材质零件的定位销孔表面应做硬化处理，处理后的表面布氏硬度值应不小于 120。

8、 4.5 装配 4.5.1 零部件间有电连接要求的应设计金属簧片或编织网进行搭接。 4.5.2 D 板和假D 板之间装配误差应控制在0.1 mm 以内，应设计相应的定位工装精准控制二者相对 位置。 4.5.3 应制定装配作业指导书规范装配过程。 5 设计步骤 5.1 根据加速器的总体设计参数，初步确定中心区 D 板和假D 板结构的形状和尺寸。 5.2 根据凸形磁场的要求初步设计磁铁塞块，并通过束流动力学计算优化 D 板和假D 板等关键尺寸。 5.3 通过束流动力学的迭代计算，在假 D 板上合理布置垂直偏转板、绝缘子、准直器、相位选择器、 一次谐波线圈、包络层，确定相应零件的基本形状和尺寸。 5

9、.4 校核各零件的结构强度，最大应力应不超过材料的许用应力。 5.5 进行详细校核计算或做模型试验，对设计进行优化，确定最终结构和尺寸。 6 结构设计 6.1 中心区的主要结构组成 DB34/T 34232019 4 中心区结构关于中平面对称，主要由D板、假D板、垂直偏转板、准直器、相位选择器、一次谐波线 圈、包络层、磁铁塞块、绝缘子组成，整体结构见图1、图2。D板与谐振腔体连接，假D板与磁极相连接。 图1 中心区整体结构主视图 图2 中心区整体结构左视图 6.2 D 板和假 D 板 6.2.1 根据设计要求，利用束流动力学计算得到 D 板和假 D 板间隙轮廓轨迹，通过工程设计得到初步 结构，

10、再根据束流对中和轴向聚焦的要求对结构进行优化。 6.2.2 D 板和假D 板应设计有定位销孔。 6.3 磁铁塞块 磁铁塞块应在理论设计的基础上留有不大于 3 mm 的垫补余量，磁铁塞块结构示意图见图3。 DB34/T 34232019 5 图3 磁铁塞块结构 6.4 垂直偏转板和绝缘子 6.4.1 垂直偏转板和绝缘子安装在假 D 板的槽内，绝缘子将垂直偏转板和假 D 板隔离开，结构示意图 见图4。 6.4.2 垂直偏转板和绝缘子的高度尺寸应满足式（1）要求。 图4 垂直偏转板和绝缘子结构 12=+Hhh . (1) 式中： H 垂直偏转板和绝缘子安装处假D板的槽深，单位为毫米（mm）； h 1

11、 垂直偏转板的厚度，单位为毫米（mm）； h 2 绝缘子的厚度，单位为毫米（mm）。 6.5 一次谐波线圈 6.5.1 一次谐波线圈设计成四个相同尺寸的三角形，在假 D 板上挖槽放置，结构如图 5所示。 图5 一次谐波线圈结构 DB34/T 34232019 6 6.5.2 一次谐波线圈进出水冷管路压力差应不大于 0.3 MPa，详细计算见应满足式（2）、（3）、（4） 的规定。 2 2 avg u l P=f d . (2) avg ud Re= . (3) 12.51 -2lg 3.7 =+ d fRef . (4) 式中： P 一次谐波线圈进出水冷管路压力差，单位为帕（Pa）； f 沿程

12、阻力系数，无量纲量； l 水冷管路长度，单位为米（m）； d 水冷管路直径，单位为米（m）； 冷却液密度，单位为千克每立方米（kg/m 3 ）； uavg 平均流速，单位为米每秒（m/s）； Re 雷诺数，无量纲量； 冷却液运动粘度系数，单位为平方米每秒（m 2 /s）； 水冷管道内壁绝对粗糙度，单位为毫米（mm）。 6.5.3 每路冷却水的流量应满足式（5）的规定。 23 10 4 avg q= du . (5) 式中： q 每路冷却水的流量，单位为升每秒（l/s）； d 水冷管路直径，单位为米（m）； uavg 平均流速，单位为米每秒（m/s）。 6.5.4 一次谐波线圈进行检漏和压力测试

13、，漏率应不大于 1.210 -9 Pam 3 /s，在 1 MPa 的压力下保压 30 min 无泄漏。 6.5.5 一次谐波线圈表面应进行绝缘处理，如缠绕聚酰亚胺胶带或喷涂绝缘材料，绝缘程度要求不低 于 100 M。 6.5.6 一次谐波线圈铜管的最小弯折半径 r 可参考表1数据。 表1 铜管的最小弯折半径 铜管直径 d (mm) 最小弯折半径 r (mm) 5 10 6 10 7 15 8 15 10 15 12 20 DB34/T 34232019 7 6.6 包络层 包络层应设计与谐振腔搭接。 6.7 相位选择器 6.7.1 相位选择器结构示意图见图 6。 6.7.2 相位选择器的结构应能实现快速更换。 6.7.3 相位选择器应设置在束流的第一圈。 图6 相位选择器结构 _