50、离子束核物理实验中的目标操作

离子束核物理实验中的目标操作

1 引言

现代核物理学中，中微子的粒子性质是热门研究话题，无中微子双β衰变就与此相关。双电荷交换（DCE）反应和无中微子双β衰变有许多相似之处。某项目旨在研究特定的DCE核反应，已在相关实验室利用MAGNEX光谱仪获取了首批数据。

为了获得高精度测量所需的高统计数据，设计了更强大的超导回旋加速器，并对整个MAGNEX光谱仪进行了升级。这些离子束会撞击由特定同位素薄层制成的目标，产生的热量必须消散以避免损坏目标。

为解决散热问题，将同位素蒸发到具有高导热性的石墨基底上，并使用低温冷却器进行冷却。同时，由于离子束强度高和每个核子的能量值设定，腔室内存在不可忽视的辐射剂量问题，材料可能会被激活，因此需要设计和构建一个能够处理目标的自动化系统。

2 目标处理与操作器

2.1 目标放置流程

当散射室通过打开适当的闸阀与外界连通后，放置目标的流程如下：
1. 操作器末端执行器沿水平轨迹进入，目标保持水平位置；
2. 目标绕横向轴旋转，到达垂直位置；
3. 低温冷却器的冷指上升，与目标的底部接触；
4. 目标旋转以完成与冷指的卡口连接，使目标垂直于离子束。

操作器随后缩回，散射室密封并减压以进行实验。实验结束后，操作器将按相反顺序执行相同动作以取出目标。

2.2 操作器设计

自动目标处理和存储系统由操作器和存储系统两部分组成。操作器由固定在MAGNEX平台上的刚性结构支撑，具有四个自由度：
- 第一个自由度是由气动气缸提供的线性水平运动，同时配备两个线性导轨以支撑作用在末端执行器上的外