本實(shí)用新型屬于特殊環(huán)境下的快速連接技術(shù)，涉及一種用于高頻諧振腔同軸波導(dǎo)快速連接的技術(shù)，具體是一種用于緊湊型超導(dǎo)回旋加速器高頻諧振腔同軸波導(dǎo)的快捷接頭，特別是接頭材料選擇、絕緣支撐設(shè)計(jì)及抗流槽的設(shè)計(jì)，可有效防止同軸線打火的事故。

背景技術(shù)：

回旋加速器在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在放射性藥物制藥，腫瘤治療等領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。合肥離子束醫(yī)學(xué)中心已開展了質(zhì)子治療等相關(guān)生物醫(yī)學(xué)的研究工作，并對(duì)研制超導(dǎo)回旋加速器做了大量的調(diào)研和試驗(yàn)工作。質(zhì)子回旋加速器的主機(jī)系統(tǒng)采用諧振腔的電場(chǎng)對(duì)離子加速，高功率微波采用同軸波導(dǎo)饋入射頻諧振腔，從功率源到諧振腔，同軸波導(dǎo)不可避免的需要分段和彎曲，為了使系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性更好，同時(shí)也降低維護(hù)成本，需要一種便捷可靠的連接方式，考慮到回旋加速器的特殊的工作環(huán)境，我們需要進(jìn)行一些特殊的處理，比如同軸波導(dǎo)和快速接頭的連接方式，同軸波導(dǎo)傳統(tǒng)的連接接頭分為插接頭和平接頭，我們?cè)陴伻胂到y(tǒng)中主要采用插接頭形式，采用螺紋連接。除了連接方式，我們還要考慮怎么減少支撐的因爬電現(xiàn)象造成的空氣擊穿，和內(nèi)導(dǎo)體的中心定位，同時(shí)還要考慮系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)體表面電流造成的接口處的因電接觸造成的打火現(xiàn)象，并要保證系統(tǒng)可檢測(cè)和可維護(hù)性。如此多的苛刻要求，給設(shè)計(jì)回旋加速器同軸波導(dǎo)的快捷連接的設(shè)計(jì)提出了一個(gè)難題。目前在市場(chǎng)上，應(yīng)用與回旋加速器的快捷接頭很少見。

固體絕緣材料的主要作用在于支撐隔離內(nèi)導(dǎo)體。固體絕緣材料的電器性能通常用兩極間沿絕緣材料內(nèi)部的擊穿電壓和表面放電電壓即閃絡(luò)電壓來衡量。固體絕緣材料和它所隔離的帶電導(dǎo)體都在絕緣介質(zhì)環(huán)境中，如果提高帶電導(dǎo)體的電壓，就會(huì)在絕緣材料和絕緣介質(zhì)的交界面上出現(xiàn)放電現(xiàn)象，這種放電成為沿面放電。沿面放電發(fā)展成貫穿性的擊穿現(xiàn)象稱為閃絡(luò)。在施加電壓下會(huì)發(fā)生沿介質(zhì)表面的閃絡(luò)現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣失敗，由于固體絕緣材料與真空界面的沿面電壓比同一間隙距離下固體電介質(zhì)本身的擊穿電壓低幾倍到幾十倍，是整個(gè)系統(tǒng)中絕緣最為薄弱的部分，因此真空中沿面閃絡(luò)的制約各種真空電氣設(shè)備耐壓能力的重要因素。

真空沿面閃絡(luò)一般分為以下三個(gè)階段：初始電子形成階段，電子倍增階段和形成貫穿性導(dǎo)電通道階段。本文采用占主導(dǎo)地位，較易為人們認(rèn)可的二次電子發(fā)射崩假說(SEER理論)。基于SEER模型，介質(zhì)表面電阻不均勻和介質(zhì)表面粗糙都會(huì)畸變表面電場(chǎng)的分布，使閃絡(luò)電壓降低；而當(dāng)絕緣子的表面電阻率適當(dāng)降低使，會(huì)使表面附著電荷較快泄露，從而削弱表面電荷增強(qiáng)局部電場(chǎng)的作用，可提高閃絡(luò)電壓。在此基礎(chǔ)上，很多學(xué)者探索改善閃絡(luò)特性的方法，如改造電極結(jié)構(gòu)，研磨材料表面，預(yù)放電處理，通過表面涂層減少電阻率及二次電子發(fā)射系數(shù)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于緊湊型超導(dǎo)回旋加速器高頻諧振腔同軸波導(dǎo)的快捷接頭，此快速接頭主要是解決了絕緣支撐、螺旋接頭等問題，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小、重量輕、可快速更換、可用性高等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于緊湊型超導(dǎo)回旋加速器高頻諧振腔同軸波導(dǎo)的快捷接頭，包括內(nèi)導(dǎo)體與絕緣支撐；所述內(nèi)導(dǎo)體為圓柱形形狀，其外側(cè)壁具有中間段、以及位于中間段兩側(cè)的螺旋接頭段；其中，位于中間段與兩側(cè)螺旋接頭段之間的內(nèi)導(dǎo)體外側(cè)壁上均設(shè)有兩個(gè)抗流槽，在兩個(gè)抗流槽之間設(shè)有環(huán)向突起部；

所述中間段環(huán)側(cè)壁上均布設(shè)有三個(gè)安裝孔，每個(gè)安裝孔內(nèi)均設(shè)有一絕緣支撐，該絕緣支撐插入端螺紋連接一彈簧，彈簧固定連接在安裝孔內(nèi)，絕緣支撐外端為圓角處理；

所述中間段的兩端面分別開設(shè)有第一臺(tái)階；兩個(gè)所述螺旋接頭段的外端面分別開設(shè)有第二臺(tái)階。

所述內(nèi)導(dǎo)體兩端內(nèi)部為空腔設(shè)置，分別形成一內(nèi)導(dǎo)體通道，兩端的空腔之間設(shè)有間隔部，沿間隔部環(huán)向均布設(shè)有三個(gè)通道。

所述第一臺(tái)階、第二臺(tái)階與安裝孔的邊緣處均為圓角處理；以所述中間段所在環(huán)面為基準(zhǔn)面，第一臺(tái)階的高度、第一臺(tái)階與螺旋接頭段之間的高度、以及第二臺(tái)階的高度均為0.01mm-0.13mm；所述抗流槽的槽深為5mm。

所述絕緣支撐采用石英玻璃絕緣棒，絕緣支撐與內(nèi)導(dǎo)體用彈性連接。

所述第二臺(tái)階上設(shè)有一涂覆層，涂覆層選用時(shí)效硬化型鈹銅合金。

所述第一臺(tái)階、第二臺(tái)階采用兩端對(duì)稱的臺(tái)階槽口設(shè)計(jì)。

所述絕緣支撐的安裝孔與絕緣支撐緊密配合，安裝孔大R角處理。

快速接頭極限運(yùn)行環(huán)境：同軸波導(dǎo)大氣側(cè)充空氣(標(biāo)準(zhǔn)氣壓)。內(nèi)導(dǎo)體的內(nèi)通道通入25攝氏度的水。根據(jù)同軸波導(dǎo)的快速連接接頭的具體空間尺寸及內(nèi)導(dǎo)體要求：90MHz 120kw饋入射頻功率

本實(shí)用新型快捷接頭的螺旋接頭，根據(jù)以往的實(shí)踐知道，快速接頭損壞率最高的原因之一是與同軸線的插頭的打火現(xiàn)象。根據(jù)接觸電阻理論，同軸線插接頭材料需要選擇良導(dǎo)體材料并且彈性較好涂覆層，但是避免選擇鍍銀。同軸線插頭材料選用時(shí)效硬化型鈹銅合金性能最優(yōu)，例如選擇鈹青銅QBe2.15。同時(shí)，在插芯和插孔結(jié)合界面設(shè)有足夠伸縮縫隙，釋放熱脹冷縮帶來的應(yīng)力。

本實(shí)用新型快速接頭的抗流槽，同軸線傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體的表面存在表面電流，所以會(huì)在表面產(chǎn)生焦耳熱，這會(huì)增加同軸波導(dǎo)的內(nèi)部的溫度，導(dǎo)致在電極-絕緣體-介質(zhì)處自由電子的增多，容易引發(fā)閃絡(luò)擊穿。所我們對(duì)快速接頭采用抗流槽結(jié)構(gòu)，減少表面電流的產(chǎn)熱對(duì)絕緣支撐和金屬處自由電子的影響。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

1)本實(shí)用新型用于連接饋入回旋加速器諧振腔的傳輸線的快速接頭，減少更換接頭和同軸線的次數(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)的密封性；

2)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，重量輕，便于快速接頭和同軸線的更新和擴(kuò)展；可以方便快捷的對(duì)同軸傳輸線進(jìn)行安裝、維護(hù)和替換。更重要的是，與傳統(tǒng)的同軸波導(dǎo)的相比，本實(shí)用新型很好的解決了腔內(nèi)打火的問題；

3)本實(shí)用新型不僅滿足傳統(tǒng)的快捷接頭的性能，還進(jìn)一步提高了絕緣支撐的防閃絡(luò)擊穿性能；

4)本實(shí)用新型絕緣支撐采用石英玻璃絕緣棒材料，絕緣支撐和內(nèi)導(dǎo)體采用彈性連接，彈簧和絕緣支撐采用螺紋連接，這樣可以快捷的進(jìn)行中心定位并且為了減少?gòu)较螂妶?chǎng)的改變而導(dǎo)致閃絡(luò)擊穿現(xiàn)象；同時(shí)對(duì)絕緣支撐做老練、預(yù)閃絡(luò)處理，表面研磨加工等程序提高絕緣支撐的閃絡(luò)性能。

附圖說明

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

圖1為本實(shí)用新型快捷接頭軸側(cè)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型快捷接頭剖面示意圖；

圖3為本實(shí)用新型快捷接頭側(cè)面示意圖；

圖4為本實(shí)用新型快捷接頭主視示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的用于緊湊型超導(dǎo)回旋加速器高頻諧振腔同軸波導(dǎo)的快捷接頭做詳細(xì)描述。

一種用于緊湊型超導(dǎo)回旋加速器高頻諧振腔同軸波導(dǎo)的快捷接頭，參見圖1-4，包括內(nèi)導(dǎo)體與絕緣支撐1；其中，該內(nèi)導(dǎo)體為圓柱形形狀，其兩端內(nèi)部為空腔設(shè)置，分別形成一內(nèi)導(dǎo)體通道8，兩端的空腔之間設(shè)有間隔部12，沿間隔部12環(huán)向均布設(shè)有三個(gè)通道11；

該內(nèi)導(dǎo)體外側(cè)壁設(shè)有中間段10、以及位于中間段10兩側(cè)的螺旋接頭段3；其中，位于中間段10與兩側(cè)螺旋接頭段3之間的內(nèi)導(dǎo)體外側(cè)壁上均設(shè)有兩個(gè)抗流槽2，在兩個(gè)抗流槽2之間設(shè)有環(huán)向突起部6；

中間段10環(huán)側(cè)壁上均布設(shè)有三個(gè)安裝孔9，參見圖2，每個(gè)安裝孔9內(nèi)均插入一絕緣支撐1，該絕緣支撐1插入端螺紋連接一彈簧5，彈簧5固定連接在安裝孔9內(nèi)，絕緣支撐1外端為圓角處理；

在中間段10的兩端面分別開設(shè)有第一臺(tái)階7，在兩個(gè)螺旋接頭段3的外端面分別開設(shè)有第二臺(tái)階4；其中，第一臺(tái)階7、第二臺(tái)階4與安裝孔9的邊緣處均為圓角處理；

本實(shí)用新型上述技術(shù)方案中，以中間段10所在環(huán)面為基準(zhǔn)面，第一臺(tái)階7的高度、第一臺(tái)階7與螺旋接頭段3之間的高度、以及第二臺(tái)階4的高度均為0.01mm-0.13mm；圓角的半徑為3mm；抗流槽的槽深為5mm。

其中，絕緣支撐1采用石英玻璃絕緣棒，絕緣支撐1與內(nèi)導(dǎo)體用彈性連接，方便內(nèi)導(dǎo)體的中心定位，并且為了減少?gòu)较螂妶?chǎng)的改變而導(dǎo)致空氣擊穿現(xiàn)象，可以根據(jù)不同直徑調(diào)節(jié)絕緣支撐的長(zhǎng)度；另外絕緣支撐頂端圓角處理，使絕緣支撐頂端與外導(dǎo)體點(diǎn)連接，確保內(nèi)導(dǎo)體處在中心位置；該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，可以方便快捷的對(duì)同軸波導(dǎo)進(jìn)行安裝、檢查和替換；

本實(shí)用新型絕緣支撐1采用石英玻璃材料，具有密度低、熱膨脹系數(shù)小、優(yōu)良的介電性能，以及較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱溫度，優(yōu)良的抗熱沖擊性、抗腐蝕性，從而使其在光學(xué)和光電子器件、微波介電材料及耐火材料等高技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。石英玻璃絕緣材料在電氣設(shè)備中的應(yīng)用十分廣泛，尤其在超高真空條件下有著其他絕緣材料無法取代的優(yōu)勢(shì)。用于制造石英波玻璃真空腔的低溫鍵合技術(shù)受到了廣泛的重視。該技術(shù)基于氫氧化物催化玻璃表面的水解/脫水過程，通過在鍵合界面之間形成硅酸鹽三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鍵合，是一種高強(qiáng)度、高精確度、可靠的室溫鍵合方法。通過對(duì)鍵合溶液濃度、鍵合過程、加速固化方法等關(guān)鍵工藝參數(shù)的分析和研究。實(shí)現(xiàn)了石英玻璃的低溫鍵合，鍵合強(qiáng)度超過2.88MPa。而鍵合界面與光膠一樣均勻、透明。利用低溫鍵合技術(shù)形成石英玻璃真空腔，漏率優(yōu)于5x10^-10PA*L/S。

螺旋接頭3，為了使快速接頭時(shí)電接觸良好，第一臺(tái)階7、第二臺(tái)階4需要選擇良導(dǎo)體材料并且彈性較好的涂覆層，但避免選擇鍍銀，可以選用時(shí)效硬化型鈹銅合金；

第一臺(tái)階7與第二臺(tái)階4，因?yàn)橥S波導(dǎo)內(nèi)導(dǎo)體臺(tái)階突變會(huì)產(chǎn)生非TEM波，它會(huì)影響同軸諧振腔加速電場(chǎng)分布；為了消除非TEM波的影響，采用兩端對(duì)稱的臺(tái)階槽口設(shè)計(jì)，通過兩槽口處相互對(duì)向的場(chǎng)強(qiáng)來抵消非TEM波的產(chǎn)生；另外臺(tái)階處圓角處理也可以有效降低局部場(chǎng)強(qiáng)，降低打火風(fēng)險(xiǎn)。

絕緣支撐1的安裝孔9與絕緣支撐1緊密配合，可以起到導(dǎo)向作用，大R角處理可以降低三項(xiàng)結(jié)合處的場(chǎng)強(qiáng)，另外也增大絕緣棒受未知切向力的受力面積；

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，可以方便快捷的對(duì)同軸波導(dǎo)進(jìn)行安裝、維護(hù)和替換。更重要的是，與傳統(tǒng)的同軸傳輸線的相比，本實(shí)用新型很好的解決了內(nèi)導(dǎo)體圓盤式支撐表面閃絡(luò)擊穿的問題，同時(shí)，同軸波導(dǎo)大氣側(cè)充1bar干燥氣體，比如氮?dú)?，可以降低快速接頭處的焦耳熱和石英玻璃陶瓷棒的耐壓強(qiáng)度。通過這些方法，極大地方便了同軸波導(dǎo)的裝配工作，同時(shí)也解決了高頻同軸波導(dǎo)的絕緣支撐問題。

本實(shí)用新型提供的同軸波導(dǎo)的連接器件，其較佳的具體實(shí)施方式是:

內(nèi)導(dǎo)體的外端面低于外導(dǎo)體的外端面0.01mm-0.13mm；圓角的半徑為3mm；抗流槽的槽深為5mm。

本實(shí)用新型提供的同軸波導(dǎo)的快捷接頭，用作微波饋線和微波測(cè)量中同軸波導(dǎo)的連接，價(jià)格低廉，具有小駐波比和低插損的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換，可以用作微波饋線和微波測(cè)量中波導(dǎo)與同軸線的連接，應(yīng)用于微波測(cè)量、微波設(shè)備、微波系統(tǒng)和微波工程等領(lǐng)域，供工廠、學(xué)校、部隊(duì)、科研單位等使用。

具體實(shí)施例:

如圖1、圖2所示，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是尺寸，整體重量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

內(nèi)導(dǎo)體要垂直插入波導(dǎo)中，其端面與外導(dǎo)體端面之間的距離應(yīng)控制h＝0.0lmm-0.13mm之間。壓配后內(nèi)導(dǎo)體不允許在使用的過程中出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

本實(shí)施例中，波導(dǎo)元件外表面均勻涂覆防護(hù)漆，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。內(nèi)部采用了合理的設(shè)計(jì)，保證其機(jī)械穩(wěn)定性、可靠性和搬運(yùn)安全性。

具體應(yīng)用過程中，應(yīng)存儲(chǔ)在溫度5℃-45℃，相對(duì)濕度為20％-90％的通風(fēng)小件下，室內(nèi)應(yīng)無塵、無鼠、無腐蝕性氣體，應(yīng)當(dāng)避免陽光直接照射，連接同軸口時(shí)應(yīng)注意不要用力過度，應(yīng)使用力矩扳手，避免同軸接頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損壞。同時(shí)要避免對(duì)波導(dǎo)口和法蘭盤造成碰撞，保證連接部分的完整性，表面部分，尤其是連接部分應(yīng)當(dāng)保持清潔，嚴(yán)禁碰撞和劇烈的震動(dòng)，造成不可靠的連接而影響電性能指標(biāo)。

具體實(shí)施例的主要技術(shù)指標(biāo):

電性能指標(biāo):

工作頻率范圍:50-100(MHz)；電壓駐波比:1.25；波導(dǎo)管型號(hào):BJ320；法蘭盤型號(hào):FC320；同軸接頭形式:2.92mm；阻抗:50歐姆。

結(jié)構(gòu)參數(shù):

外型尺寸:aXbXL＝21.8mmX 19.lmmX21.3mm；重量:20g。

波導(dǎo)管采用整體焊接結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)管與法蘭盤的連接采用銀焊，表面鍍金。該快捷接頭的軸向尺寸為21.8mm,法蘭盤的尺寸為21.3mmX19.1mm。本實(shí)用新型的所有尖端處統(tǒng)一采用圓角處理，避免尖端放電的危險(xiǎn)。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方法在真空技術(shù)，聚變堆技術(shù)，加速器領(lǐng)域都將有參考意義。

以上公開的本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本實(shí)用新型。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實(shí)用新型僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本實(shí)用新型。本實(shí)用新型僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。