一种简易式荧光靶装置

本发明属于同步辐射，涉及一种简易式荧光靶装置，应用于同步辐射装置光束线上，在高真空环境下使用。

背景技术：

1、环形同步辐射光源主要由储存环、弯转磁铁、直线段中的插入件以及光束线和实验站等组成。插入件是安装在储存环长直线段中的周期性磁场元件，其典型类型包括波长移动器、多极扭摆器与波荡器。它们通过在电子束上施加周期性横向磁场使电子做横向振荡，从而产生更集中的、高亮度或特定偏振态的同步辐射。同步辐射装置为了开展各种不同类型的科学实验，就需要对同步辐射进行调制处理，以满足实验需求。由于同步辐射束流调制处理需要经过光阑、白光镜、偏转镜、单色器等各类光学设备，为了确保束流顺利且有效的到达实验站，束流探测技术在同步辐射装置运行中必不可少，对于调束工作更是意义重大。调束工作是同步辐射装置运行过程中一个重要的环节，其直接影响出束效率和束流质量，进而影响物理、生物等方面的实验进程和实验结果。常用的束流探测器包括bpm（beamposition monitor）、丝扫描探测器、同步辐射成像探测器及荧光靶等，其中bpm只能测量束流的位置和分布强度信息，丝扫描探测器、成像探测器及荧光靶则可测量束流位置、束流截面形状以及分布强度。荧光靶和其他束流探测器相比，不仅能直接给出束流截面形状，束流分布强度等信息，还具有结构简单易于实现等特性，是调束阶段最常用的束流探测器。荧光靶由闪烁体材料和成像系统组成，同步辐射束流调制阶段需要进行束流截面形状、强度分布等参数测量时，通过机械结构将荧光靶馈入束流轨道，束流打到荧光靶面上时会产生荧光可见光，再利用成像系统获取靶面上的荧光信号，继而通过束流图像分析得到束流参数。束流调制完成后，则需要将荧光靶提出光路，使束流顺利到达下游实验站。另外为了避免大气环境对同步辐射的强烈吸收及闪烁体在大气环境中的碳化影响，一般要求荧光靶闪烁体材料置于超高真空环境下，其结构如图1所示。

2、上述荧光靶为馈入结构，其闪烁体及靶座部件都置于真空腔体内部，主要结构包括荧光靶主体馈入结构01、真空腔体02以及成像系统03。

3、如图2所示为该荧光靶真空腔体内部的荧光靶主体馈入结构01，主要结构包括驱动气缸101,、导向杆102、上限位103、连接接头104、波纹管组件105、下限位106、靶座107、闪烁体靶片108及其他支撑连接元件等。所述闪烁体靶片108固定于靶座107后安装于波纹管组件105上法兰，通过连接接头104与驱动气缸101连接，从而实现大气与真空环境隔离状态下的伸缩运动。所述波纹管组件105与导向杆102套装，实现固定轨道的导向运动。所述上限位103和下限位106用于限制运动范围，用以判断插入和移出光路的状态。

4、如图3所示为荧光靶真空腔体02，用于安装支撑荧光靶主体馈入结构01并为其提供超高真空环境。主要结构包括上法兰201，真空规接管202，主腔体203，安装座204，下法兰205，靶标座206，束流出入口法兰207，备用法兰208，观察窗209，成像系统支撑座210等。所述上法兰201作为荧光靶主体馈入结构01的安装法兰，用于支撑与连接。所述真空规接管202用于安装真空规，方便监测真空腔体压力状态。所述主腔体203作为焊接主体用于连接各处接管，并提供超高真空环境。所述安装座204焊接在主腔体203上，用作腔体与支架连接。所述下法兰205用作连接离子泵或备用法兰。所述基准座206用作标定准直。所述束流出入口法兰207用作连接上下游设备，作为束流的通路。所述备用法兰208用作安装观察窗或者角阀等部件，作为备用接口。所述观察窗209用作闪烁体靶片108上荧光图像传输通道，用于在隔绝真空与大气的前提下透过荧光至成像系统。所述成像系统支撑座210用于安装成像系统03，接收传输荧光图像。

5、上述荧光靶探测器虽然能实现束斑截面形状、强度分布等参数的获取测量，但是整体设备占用空间较大，包含腔体、支架等部件，需要作为整套设备安装使用，安装维护繁杂，设计加工成本较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种简易式荧光靶装置。本发明可将同步辐射束流转换为荧光可见光，并且可根据调光需求馈入/让出光路，集成度高且可便捷安装于镜箱/单色器等光学设备腔体法兰上。

2、本发明的技术方案为：

3、一种简易式荧光靶装置，其特征在于，包括靶片、波纹管焊接组件、驱动导向部件及成像系统；

4、所述靶片安装在所述波纹管焊接组件的靶座上；

5、所述驱动导向部件，用于压缩或拉伸所述波纹管焊接组件的波纹管实现将所述靶片馈入或让出光路；

6、所述波纹管焊接组件包括波纹管、支撑板、成像系统安装板、滑台连接焊接支耳以及靶座；其中，所述靶座置于所述波纹管内侧并与其上法兰焊接，内部中空且内径大于束流的光斑尺寸，下缘为斜切形状且开有用于束流入射的孔；所述支撑板焊接于所述波纹管的下松套法兰外缘；所述驱动导向部件安装于所述支撑板上，并与安装于所述上法兰外缘的滑台连接焊接支耳连接固定；所述成像系统安装板安装于所述上法兰外缘；

7、所述成像系统，用于接收当所述靶片馈入光路时束流打到所述靶片的靶面上所发出的荧光信号。

8、优选的，所述下缘的切面与束流入射方向呈45°；所述靶片由压紧块压紧贴装于所述切面上。

9、优选的，所述靶座穿过所述波纹管焊接于其上焊接法兰内壁，所述靶座与所述波纹管的上焊接法兰同轴；所述支撑板与所述波纹管的下松套法兰外缘焊接，焊接面不超过密封面；所述滑台连接焊接支耳焊接于所述波纹管的上焊接法兰外缘，与上焊接法兰保持平行，与所述支撑板同侧。

10、优选的，所述驱动导向部件包括电机、联轴器、丝杆组件、两导轨及安装板；所述电机的输出轴通过所述联轴器与所述丝杆组件的输入端连接，用于将旋转运动转换为直线运动；两所述导轨布置于所述丝杆组件的两侧，所述丝杆组件的两端轴承座固定于一支撑板的内加工面上，两所述导轨固定于所述支撑板的内加工面两侧阶梯面上，所述安装板安装于所述丝杆组件的丝母安装面和所述导轨的滑块安装面上。

11、优选的，所述联轴器置于联轴器保护罩内连接所述电机的伸出轴和所述丝杆组件的浮动端伸出轴；所述联轴器保护罩连接于电机支撑板上并固定于所述支撑板的悬臂侧。

12、优选的，所述滑台连接焊接支耳通过一连接板与所述安装板连接固定。

13、优选的，所述成像系统安装板上设有长槽型螺钉孔，用于调节所述成像系统到所述靶片的物距。

14、优选的，所述成像系统安装板与所述滑台连接焊接支耳相对的安装于所述波纹管的上焊接法兰上。

15、优选的，所述成像系统包括相机、镜头，所述成像系统与所述波纹管焊接组件之间设有观察窗，所述相机通过悬臂结构支架安装于所述成像系统安装板上，使所述镜头正对所述观察窗并与其保持同轴安装。

16、优选的，所述靶片为闪烁体晶体材料。

17、本发明的简易式荧光靶装置是同步辐射束线调光阶段重要的探测部件，可直接集成于束线重要光学元件如镜箱、单色器腔体上，可监测经过各类光学反射镜、透镜及单色器调制后的低热负载粉光及单色光，并可适应一定范围的不同出高束流，精准分析束斑尺寸、分布状态，以反馈束流调制需求，将束流调整到适合实验需求的状态，提高调光效率和束流质量。

18、本发明的优点主要有以下几个方面：

19、第一，部件式设备，适应性强，可作为附加设备直接安装于镜箱单色器等光学设备备用窗口之上；

20、第二，成像系统直接集成于设备之上，不需要额外增加腔体及支架，维护成本低；

21、第三，成像系统与靶片物距固定，可实现多种出高的束斑诊断。