[发明专利]一种用于高能粒子加速器的束屏

说明书

本发明公开了一种用于高能粒子加速器的束屏，束屏第一壁位于束屏第二壁的外侧，第一冷却剂通道及第二冷却剂通道均位于束屏第一壁与束屏第二壁之间，且第一冷却剂通道的外壁及第二冷却剂通道的外壁均与束屏第一壁的内壁及束屏第二壁的外壁相接触；束屏第一壁上沿轴向开设有第一通槽及第二通槽，其中，第一通槽正对第一冷却剂通道，且第一通槽通过第一冷却剂通道封闭，第二通槽对应第二冷却剂通道，且第二通槽通过第二冷却剂通道封闭，束屏第二壁上沿轴向开设有第三通槽及第四通槽，束屏第一壁的内壁上沿轴向设置有散热块，散热块上设置有第三冷却剂通道，该束屏能够有效的提高超级质子‑质子对撞机中束流管道的散热性能。

技术领域

本发明涉及一种束屏，具体涉及一种用于高能粒子加速器的束屏。

背景技术

超导技术已成为高能粒子加速器的关键技术之一，其运行需要大型氦低温制冷系统。加速器中高强度粒子束流在运行过程中会通过不同的物理过程在真空室内壁产生能量沉积。为了提高真空管道内的散热能力，需要采用位于超导磁铁内部的束屏来拦截和转移这些热负载。与低温恒温器的热泄漏相比，束流作用在真空室壁的热负载会更大。束屏(beam screen)作为高能粒子加速器超高真空系统的一部分，主要有两个重要功能。一是通过束屏的开口来降低束流管道上低温冷凝气体分子的同步辐射光/离子/电子致解吸产额，从而降低压强不稳定性。二是拦截和转移同步辐射/镜像电流/电子云等引起的热负载，为超导磁铁的正常工作提供良好且稳定的工作温度。由于超导磁铁内的空间非常狭小，因此，细长束屏的冷却面临低温传热和流体流动方面的基础问题。

1991年，最早的束屏设计方案在大型强子对撞机的设计报告中被提出，质子束在束流管道内运行的过程中，由于同步辐射效应、电子云效应以及镜像电流等因素，会产生大量的热载荷。这些热载荷将增加制冷系统和真空系统的负荷。在1.9K的温度下除去1W的功率需要将近1kW的电能。因此，需要通过束屏来转移热负载，同时降低制冷系统的负荷。

以我国提出的超级质子-质子对撞机为例，其设计周长为100km，对撞质子束的能量为37.5TeV^[1]。要使质子束在管道内稳定运行，需要的磁场强度为12T。对于超级质子-质子对撞机而言，超导磁铁需要工作在极低的温度下。因此，管道内产生的热负载需采用束屏来吸收，并通过冷却管道将热量转移，这对束屏的导热性能是一个极大的挑战。

在大型强子对撞机中，当束流能量为7TeV时，束流产生的同步辐射功率为0.17W/m^[2]。而在超级质子-质子对撞机中，当束流能量为37.5TeV时，同步辐射功率为16.49W/m。大型强子对撞机的束屏采用两根窄细管道对其进行冷却。很显然，如果采用大型强子对撞机的束屏设计参数，是不能满足超级质子-质子对撞机的散热要求。因此，需要设计一种适用于未来超级质子-质子对撞机的新型束屏，用于提高超级质子-质子对撞机中束流管道的散热性能，以确保束流的稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于高能粒子加速器的束屏，该束屏能够有效地提高超级质子-质子对撞机中束流管道的散热性能。

为达到上述目的，本发明所述的用于高能粒子加速器的束屏包括冷管壁以及位于冷管壁内的束屏第一壁、束屏第二壁、第一冷却剂通道、第二冷却剂通道；

束屏第一壁位于束屏第二壁的外侧，第一冷却剂通道及第二冷却剂通道均位于束屏第一壁与束屏第二壁之间，且第一冷却剂通道的外壁及第二冷却剂通道的外壁均与束屏第一壁的内壁及束屏第二壁的外壁相接触；

束屏第一壁上沿轴向开设有第一通槽及第二通槽，其中，第一通槽正对第一冷却剂通道，且第一通槽通过第一冷却剂通道封闭，第二通槽对应第二冷却剂通道，且第二通槽通过第二冷却剂通道封闭，束屏第二壁上沿轴向开设有第三通槽及第四通槽，束屏第一壁的内壁上沿轴向设置有散热块，散热块上设置有第三冷却剂通道，束屏第一壁上开设有若干排气孔。

所述散热块的横截面为三角形结构。