本實用新型涉及原位高壓中子散射科學與技術的領域，具體涉及一種中子散射用高壓氣體樣品盒。

背景技術：

高壓科學與技術是研究物質在高壓極端條件下，其結構和性質發(fā)生變化的學科。隨著壓力的增加，物質的體積逐漸變小，原子間距逐漸縮短，促進了電子波函數(shù)之間重疊程度以及自由能的變化，最終導致物質的結構和性質發(fā)生變化。此外，物質在壓力的作用下，還表現(xiàn)出很多新的價態(tài)，極大地豐富了元素化合價的種類，新的價態(tài)使得物質發(fā)生新奇的化學反應。壓力對物質的影響，給我們的物質世界帶來了很多前所未聞的新現(xiàn)象和新性質。

中子散射技術是利用中子散射方法研究物質的靜態(tài)結構及微觀動力學性質的手段。由于中子具有能夠精確測定輕元素的位置、區(qū)分近鄰原子和同位素、直接測定材料的磁結構等優(yōu)點，所以中子散射可與同步輻射形成互補，對材料的結構和物性進行精細研究。此外，中子具有很強的穿透能力，可以穿過維持樣品環(huán)境的腔體，所以高壓環(huán)境的加載在中子散射中的應用具有得天獨厚的優(yōu)勢。

隨著我國中子源(中國散裂中子源CSNS、中國綿陽研究堆CMRR、中國先進研究堆CARR)的建設，用于中子散射的原位測試設備越來越重要。中子散射高壓氣體樣品盒就是為測試樣品提供維持高壓氣體環(huán)境的設備，將在儲能、磁性、超導、地球礦物等材料的研究中廣泛應用，同時中子散射高壓氣體樣品盒的氣密性要求也很高。

技術實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N氣密性好的中子散射用高壓氣體樣品盒。

一種實施例中提供一種中子散射用高壓氣體樣品盒，包括：

高壓管體，其內部設有圓柱型的高壓腔體，兩端面均設有螺紋孔，螺紋孔的直徑大于高壓腔體的直徑，高壓腔體的一端延伸至與螺紋孔導通，另一端通過細孔與螺紋孔導通；

壓緊堵頭，其包括第一壓緊堵頭和第二壓緊堵頭，第一壓緊堵頭和第二壓緊堵頭均具有帶螺紋的柱體，并且兩者中心設有貫穿的螺紋通孔，第一壓緊堵頭和第二壓緊堵頭通過帶螺紋的柱體分別安裝在高壓管體兩端的螺紋孔內，第一壓緊堵頭位于高壓管體具有細孔的一端，第二壓頭位于另一端；

高壓氣管，其設有外螺紋，一端固定在第一壓緊堵頭的螺紋通孔內，并延伸至高壓管體的螺紋孔底部與細孔對接；

推桿組件，其包括活塞推桿和螺母，活塞推桿的活塞端與高壓管體的高壓腔體相適配，活塞推桿的推桿具有外螺紋，活塞推桿的活塞端位于高壓腔體內，活塞推桿的推桿從第二壓緊堵頭的螺紋通孔穿出，穿出第二壓緊堵頭的活塞推桿的部分推桿上設有外螺紋，螺母套裝在活塞推桿上，并且端面與第二壓緊堵頭的端面貼合；

以及密封環(huán)組件，其包括密封環(huán)和墊環(huán)，密封環(huán)和墊環(huán)貼合套在活塞推桿的推桿上，并位于活塞推桿的活塞端與第二壓緊堵頭之間；密封環(huán)與活塞推桿的活塞端貼合，并整體位于高壓腔體內，墊環(huán)與第二壓緊堵頭貼合，并部分位于高壓腔體內。

進一步地，密封環(huán)包括依次排列的銅環(huán)、鉛環(huán)、銦環(huán)、鉛環(huán)和銅環(huán)。

進一步地，高壓管體由鋁合金或鈦鋯合金制成，高壓氣管由不銹鋼材料制成。

進一步地，高壓管體中部具有高壓腔體部分的壁厚比兩端薄。

進一步地，在高壓腔體內設有過濾器，過濾器貼靠在高壓腔體與細孔導通的端部，過濾器上具有孔徑小于樣品粒度的微孔。

進一步地，高壓氣管與細孔對接的端部設為錐形，細孔的端部設為對應的錐形開口，高壓氣管的錐形端部對接插入到細孔的錐形開口內。

進一步地，高壓氣管上靠近錐形端部的位置套裝有套管，第一壓緊堵頭的柱體端面設有內徑與套管外徑一致的圓凹槽，套管鑲嵌在第一壓緊堵頭的圓凹槽內。

進一步地，高壓管體兩端的螺紋孔內壁均設有沿著徑向向外延伸至外壁的檢漏孔，檢漏孔靠近螺紋孔的底部。

進一步地，第一壓緊堵頭和第二壓緊堵頭露出于螺紋孔的部分為六角形塊。

進一步地，高壓管體的兩端外壁設有對稱的切面。

依據(jù)上述實施例的中子散射用高壓氣體樣品盒，由于高壓管體內高壓腔體的兩端分別被高壓氣管和活塞推桿堵住，并且高壓氣管與細孔對接，活塞推桿上套裝有密封環(huán)和墊環(huán)，使得高壓腔體具有較高的氣密性，能夠滿足中子散射使用。

附圖說明

圖1為一種實施例中中子散射用高壓氣體樣品盒的剖視結構圖；

圖2為圖1的局部放大圖A；

圖3為一種實施例中中子散射用高壓氣體樣品盒的爆炸結構圖；

圖4為圖3的局部放大圖B。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。本申請可以以多種不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本實施例所描述的實施方式。提供以下具體實施方式的目的是便于對本申請公開內容更清楚透徹的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字詞僅是針對所示結構在對應附圖中位置而言。

然而，本領域的技術人員可能會意識到其中的一個或多個的具體細節(jié)描述可以被省略，或者還可以采用其他的方法、組件或材料。在一些例子中，一些實施方式并沒有描述或沒有詳細的描述。

此外，本文中記載的技術特征、技術方案還可以在一個或多個實施例中以任意合適的方式組合。對于本領域的技術人員來說，易于理解與本文提供的實施例有關的方法的步驟或操作順序還可以改變。因此，附圖和實施例中的任何順序僅僅用于說明用途，并不暗示要求按照一定的順序，除非明確說明要求按照某一順序。

在本實施例中提供了一種中子散射用高壓氣體樣品盒，本高壓氣體樣品盒為一個用于存儲高壓氣體的金屬罐，可用于中子散射等科學實驗。

如圖1和圖3所示，中子散射用高壓氣體樣品盒主要包括高壓管體1、壓緊堵頭2、高壓氣管3、推桿組件4和密封環(huán)組件5。

高壓管體1由高強度的鋁合金或中子零散射鈦鋯合金制成，高強度的鋁合金具有較好的中子透過率，中子零散射鈦鋯合金沒有衍射峰，不同材料具有不同的優(yōu)缺點，需根據(jù)具體實驗需求選擇材料。高壓管體1的中間內部設有一個長條狀圓柱型的高壓腔體，高壓腔體用于容置樣品及高壓氣體，高壓管體1的兩端面分別設有一個螺紋孔，兩端的螺紋孔孔徑相等，并且螺紋孔的直徑大于高壓腔體的直徑，圖1所示方位，高壓腔體的上端通過一個細孔與上端的螺紋孔導通，高壓腔體的下端延伸至與下端的螺紋孔導通，并且螺紋孔、細孔和高壓腔體的中心線對齊，位于同一條直線上。

壓緊堵頭2包括第一壓緊堵頭21和第二壓緊堵頭22，第一壓緊堵頭21和第二壓緊堵頭22均具有一個帶螺紋的柱體，兩者中間還設有一個貫穿整體的螺紋通孔，通孔與到螺紋孔的柱體同軸心。第一壓緊堵頭21的柱體安裝在高壓管體1上端的螺紋孔內，第二壓緊堵頭22的柱體安裝在高壓管體1下端的螺紋孔內。第一壓緊堵頭21和第二壓緊堵頭22分別用于安裝固定高壓氣管3和推桿組件4。

高壓氣管3由高級不銹鋼材料制成，是無縫、冷拔鋼管，加工強化后獲得高強度和耐腐蝕性。高壓氣管3的外壁設有外螺紋，高壓氣管3的外螺紋與第一壓緊堵頭21的螺紋通孔相適配，高壓氣管3的一端固定在第一壓緊堵頭21的螺紋通孔內，并延伸至高壓管體1的螺紋孔底部與細孔對接，高壓氣管3通過螺紋與第一壓緊堵頭21具有較高的密封性。

為了進一步提高氣密性，將高壓氣管3與細孔對接的端部設置成錐形，細孔的開口設置為對應的錐形口，高壓氣管3的錐形端部對接卡入細孔的錐形口內，加大了高壓氣管3與細孔開口的接觸面積，從而提高了對接口處的氣密性。

為了進一步提高氣密性，在高壓氣管3靠近錐形口的外壁上套裝有一個套管6，對應的，在第一壓緊堵頭21的柱體端面設有一個圓凹槽，套管6鑲嵌在第一壓緊堵頭21的圓凹槽內。第一壓緊堵頭21和套管6將高壓氣管3緊密的固定在高壓管體1上端的螺紋孔內，實現(xiàn)了高壓氣管3對接固定及對接處的密封。

推桿組件4包括活塞推桿41和螺母42，活塞推桿41包括端部的活塞及與活塞連為一體的推桿，活塞推桿41的活塞位于高壓管體1內高壓腔體的下端，活塞推桿41可取出，用于將樣品放入高壓腔體內，活塞推桿41可向高壓腔體內擠壓保證高壓?；钊茥U41的活塞端位于高壓腔體內，高壓腔體的推桿從高壓腔體向外延伸，推桿上設有外螺紋，并與第二壓緊堵頭22的螺紋通孔適配，推桿通過外螺紋密封固定在第二壓緊堵頭22的螺紋通孔內，活塞推桿41的推桿穿過第二壓緊堵頭22的螺紋通孔露出在外面。螺母42為六角螺母，鎖緊在活塞推桿41的推桿露出的部分，并且螺母42緊貼在第二壓緊堵頭22的端面上，螺母42用于驅動活塞螺桿41擠壓進入或退出高壓腔體。

如圖2和圖4所示，密封環(huán)組件5包括密封環(huán)51和墊環(huán)52，密封環(huán)51包括依次排列的銅環(huán)、鉛環(huán)、銦環(huán)、鉛環(huán)和銅環(huán)，五個密封環(huán)根據(jù)強度大小依次排列，其順序不能改變。密封環(huán)51和墊環(huán)52貼靠在一起，套裝在活塞推桿41的推桿上，并且位于活塞推桿41的活塞端與第二壓緊堵頭22之間，密封環(huán)51與活塞端貼合，墊環(huán)52與第二壓緊堵頭22貼合，即密封環(huán)51位于內側，墊環(huán)52位于外側，墊環(huán)52和活塞推桿41均由硬質合金制成，在螺母42驅動下，五個密封環(huán)51被墊環(huán)52和活塞推桿41的活塞端擠壓變形，從而將高壓腔體的下端密封住，下端的密封方式在樣品盒放置于低溫環(huán)境中也不會影響其密封效果，不會發(fā)生脆化現(xiàn)象，可以實現(xiàn)高氣壓氣體與低溫環(huán)境的耦合。

為了防止高壓腔體內的樣品顆粒從上端跑出，在高壓腔體與細孔對接的端部安裝有過濾器7，過濾器7呈圓餅狀結構，其外徑與高壓腔體內徑相等，過濾器7可從下端在樣品進入前裝入，過濾器7上設有微孔，微孔的孔徑小于樣品顆粒的粒度，從而當測試的樣品為粉末狀樣品時，防止了加壓狀態(tài)下粉末樣品被氣流吹散帶入到高壓氣管3內，對高壓氣管3等部件造成污染。

為了檢測高壓腔體兩端的氣密性，在高壓管體1兩端的螺紋孔內壁上設有徑向向外延伸至外壁的檢漏孔，檢漏孔靠近螺紋孔底部設置，當高壓腔體兩端出現(xiàn)漏氣時，最先到達螺紋孔的底部，故檢漏孔設置在螺紋孔底部可有效的檢測高壓腔體兩端的氣密性，檢漏孔可與外部的檢漏儀連接，檢漏儀可精確的檢測高壓腔體兩端的氣密性。

本實施例中，高壓管體1的中部位置的外壁薄與兩端的壁厚，具有為高壓腔體部分的壁厚薄于其他部分的壁厚，減薄高壓腔體的壁厚可有效減少中子的損失及相干散射背底，并且中部更薄的部分兩端進行圓倒角過渡，以減少應力集中，延長樣品盒的使用壽命。

為了方便安裝及密封，第一壓緊堵頭21和第二壓緊堵頭22露出高壓管體1的部分設置為六角形塊，高壓管體1的兩端外壁設有對稱的切面，六角形塊和切面都可用于卡接把手，便于第一壓緊堵頭21和第二壓緊堵頭22的拆裝。

本實施例的中子散射用高壓氣體樣品盒的工作原理為：

密封安裝：先將上端的高壓氣管3通過第一壓緊堵頭21和套管6密封固定在高壓管體1上端的螺紋孔內，再將過濾器7從下端的螺紋孔放置到高壓腔體內，接著將樣品放入到高壓腔體內，然后通過第二壓緊堵頭22將活塞推桿41和密封組件5安裝到高壓管體1的下端，最后將螺母42鎖死固定到活塞推桿41的推桿上。

密封檢測調節(jié)：將高壓氣管3連接到檢漏儀，通過高壓管體1兩端的檢漏孔，分別檢測高壓腔體兩端的氣密性，高壓腔體上端的氣密性通過第一壓緊堵頭21調節(jié)，高壓腔體下端的氣密性通過第二壓緊堵頭22和螺母42調節(jié)。

抽真空及充氣：中子散射實驗前，需要通過高壓氣管1對高壓腔體進行抽真空，當真空壓力達到設定壓力點后，停止抽真空，關閉閥門。如果真空度下降，則說明高壓腔體的氣密性不好，可通過上述密封調節(jié)方式調節(jié)高壓腔體的氣密性，當高壓腔體達到預設的氣密性后，充入實驗所需種類的高純氣體，當高壓腔體壓力達到所需壓力后，擰緊閥門，開啟中子通道開關，開始樣品在原位高壓氣體下的中子散射實驗。中子散射實驗后，將高壓腔體4中的氣體排空，清理出樣品，洗凈待下次實驗使用。

本實施例提供的中子散射用高壓氣體樣品盒，由于高壓管體1內高壓腔體的兩端分別被高壓氣管3和活塞推桿41堵住，并且高壓氣管3與細孔對接，活塞推桿41上套裝有密封環(huán)51和墊環(huán)52，使得高壓腔體具有較高的氣密性，能夠滿足中子散射使用。

以上應用了具體個例對本發(fā)明進行闡述，只是用于幫助理解本發(fā)明，并不用以限制本發(fā)明。對于本發(fā)明所屬技術領域的技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。