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1、ICS27.120.99F91DB34安徽省地方标准DB34/T34232019超导回旋加速器中心区设计准则SuperconductingcyclotronDesigncriteriaforcentralregion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/T34232019前言本标准按照GB/T1.1-2009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
2、：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。IDB34/T34232019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/T1184形状和位置公差未注公差值GB/T1804一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差GB/T11345焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定D
3、B34/T3110-2018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/T3110-2018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/T3110-2018中的某些术语和定义。3.1中心区centralregion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。3.2D板deeplate与射频腔相连，用于产生加速电压的结构。3.3假D板dummydeeplate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。1DB34/T3
4、42320193.5相位选择器phaseslit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-harmoniccoil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verticaldeflector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bumpfield中心区实现粒子轴向聚焦的磁场。3.9包络层envelopelayer屏蔽射频腔外杂散场的结构。3.10磁铁塞块magneticplug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
5、构。3.12中平面medianplane位于两组磁极气隙间的对称面。DB34/T3110-2018，定义3.24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110-3Pa。4.1.2轴向电场强度应不大于80kV/cm，水平方向电场强度应不大于150kV/cm。2DB34/T342320194.1.3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。4.2.2D板和假D板所有外轮廓边缘均应圆角处理。4.2.3D板和假D板
6、之间的间隙圆角表面粗糙度应不大于1.6m，其余表面粗糙度应不大于3.2m。4.2.4焊缝检测应按GB/T11345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0.1mm。4.3.2未注尺寸公差和未注形位公差应按照GB/T1804、GB/T1184的规定执行。4.4材料4.4.1D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
7、圈的冷却水应采用去离子水，电导率应不大于2s/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。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。4.5.2D板和假D板之间装配误差应控制在0.1mm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
8、、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。5.4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3DB34/T34232019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6.2D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
9、程设计得到初步结构，再根据束流对中和轴向聚焦的要求对结构进行优化。6.2.2D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3mm的垫补余量，磁铁塞块结构示意图见图3。4DB34/T34232019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H=h1+h2.(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）；h1垂直偏转板的厚度，单位为毫米（mm）；h2绝缘子的厚
10、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5铜管直径d(mm)最小弯折半径r(mm)51061071581510151220DB34/T342320196.5.2一次谐波线圈进出水冷管路压力差应不大于0.3MPa，详细计算见应满足式（2）、（3）、（4）的规定。luavgDP=fd22.(2).(3)=-2lg.(4)2.511fudRe=avg+3.7dRefq=duavg10.(5)式中：DP一次谐波线圈进出水冷管路压力差，单位为帕（Pa）；f沿程阻力系数，无量纲量；l水冷管路长度，单
11、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/m3）；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（m2/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。234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）。Pam/s，在1MPa的压力下保压6.5.4一次谐波线圈进行检漏和压力测试，漏率应不大于1.210-9330min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100M。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6DB34/T342320196.6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_7