防止周围未打靶材被烧毁的用于重频激光打靶的靶片

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，涉及一种靶片，具体涉及一种能防止周围未打靶材被烧毁，进而提高靶材利用率的靶片。

背景技术

高能质子束在物质中传输时具有独特的布拉格峰，即质子在传输路径上损失能量很少，能量主要沉积在末端。因此采用高能质子束治疗体内癌症时，在杀死癌细胞的同时，能很好地保护健康细胞，这种治疗手段被称为质子刀。

超强超短激光驱动的以等离子体为工作介质的高能质子加速器，由于其加速梯度(单位长度内粒子获得的能量)远大于传统加速器，大大缩小加速器规模，从而有望减少治疗费用，服务大众，成为新一代质子刀，即激光质子刀。

激光质子刀一经提出就被寄予厚望，但目前还存在一些关键的技术问题亟待解决，例如重频激光打靶后，周围未打靶材被烧毁的问题就是一个至关重要的问题。

重频激光激光打靶时，通常是以圆环形永磁体在实心的长 (正)方体形和圆柱体形靶材表面建立环形磁场，在轴间等距离的环形表面形成打靶区。由于打靶产生大量的能量集中于靶材上，超高的激光能量将靶材瞬间电离成等离子体状态，产生的部分冲击波和热能沿着靶横向传递，由于未打靶材均为纳米厚度，使其大面积被损毁，从而导致激光打靶的不可持续性，无法继续产生质子束，从而引起治疗中断。

鉴于上述原因，有必要对激光打靶的组件进一步研究，特别是对放置靶材的靶片进一步研究，以解决重频激光打靶时周围未打靶材被烧毁的情况，提高靶材的存活率或利用率。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人对靶片进行了锐意研究，研究出一种防止周围未打靶材被烧毁的用于重频激光打靶的靶片，所述靶片包括两片金属片和夹持于其间的绝缘片。靶片上以点阵方式排布靶孔，依次贯穿金属片、绝缘片和金属片，其中，靶孔在金属片上的部分由圆柱和圆台构成，打靶产生的能量在圆台面处反射，防止能量被传递至邻近的靶孔，保护周围未打靶材，从而提高靶材的存活率或利用率；而且金属片和绝缘片之间通过可拆卸螺母连接，便于靶片安装和靶孔的加工，在实践中具有极其重要的意义，从而完成了本实用新型。

具体来说，本实用新型的目的在于提供防止周围未打靶材被烧毁的用于重频激光打靶的靶片，所述靶片包括两片金属片和夹持于其间的绝缘片，在靶片上设有靶孔，靶孔依次贯穿金属片、绝缘片和金属片，靶孔在金属片上的部分由圆柱和圆台构成，圆柱孔径与圆台接触的小孔面处孔径大小相同，圆台母线与中轴线之间的夹角为10～60°，靶孔在绝缘片上的部分为圆柱形。

进一步地，圆台母线与中轴线之间的夹角为30～50°。

进一步地，圆台母线与中轴线之间的夹角为45°。

进一步地，靶片的厚度为1～10mm。

其中，金属片的厚度为0.4～4mm，绝缘片的厚度为0.1～2mm。

进一步地，靶片的形状为方形或圆形，靶片上的靶孔均匀分布，同一横轴或同一纵轴靶孔中心点之间的间距为5～20mm。

进一步地，靶片的形状为方形，靶片上的靶孔以点阵方式分布。

进一步地，所述靶孔的数量为6～60个，靶孔的行数为2～6行，列数为3～8列。

进一步地，靶片上还设有螺纹孔，用于固定安装金属片和绝缘片。

进一步地，在靶片上设置定位孔，用于与其配套的靶盘相连接。

本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)根据本实用新型提供的靶片，靶孔在金属片上的部分由圆柱和圆台构成，打靶时，更多的能量在圆台面处反射，防止能量被传递至邻近未打靶孔，避免了打靶时导致周围未打靶材被烧毁的缺陷，具有重要的实践意义。

(2)根据本实用新型提供的靶片，金属片与绝缘片之间可拆卸，便于金属片与绝缘片上靶孔的加工。

(3)根据本实用新型提供的靶片，可以根据需要决定加工靶片的大小，而且鉴于靶孔结构和靶孔与靶孔之间的间距，能量能很好的分散，不会导致打靶时，对周围未打靶材或邻接靶孔的靶材造成影响。

附图说明

图1示出本实用新型一种优选实施方式的未经组装的靶片结构示意图；

图2示出本实用新型一种优选实施方式的经组装的靶片结构示意图；

图3示出图2沿A-A断面剖视图；

图4示出图2沿B-B断面剖视图。

附图标号说明

1-靶孔；

2-金属片；

21-小孔面；

3-绝缘片；

4-螺纹孔；

5-定位孔。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本实用新型提供的防止周围未打靶材被烧毁的用于重频激光打靶的靶片，所述靶片包括两片金属片2和中间夹持的绝缘片3，如图1所示。

根据本实用新型，所述靶片上设有靶孔1，依次贯穿金属片2、绝缘片3和金属片2。

其中，金属片2具有优良的导热性，中间夹持的绝缘片3可有效防止金属片2聚集的热量传导至未打靶材上，对靶材造成损坏。使用时，将靶材置于靶孔1处，进行打靶。

由于打靶会产生极高的热量以及其他形式的能量，金属片2 除了有优良的导热性外，金属片2和绝缘片3的材料均需具备耐高温的特性，避免其熔化或变形；又由于“热胀冷缩”的缘故，若金属片2和绝缘片3材料之间的热膨胀系数偏大，高温下，金属片2和绝缘片3材料发生相变，进而导致金属片2与绝缘片3发生形变，对激光打靶的靶点精度产生影响。

根据优选实施方式，所述金属片11的材料选自纯金属如钛、镍、铬、锆等，或合金如金铟、不锈钢、镍铬、钛铝等，进一步优选为合金，例如不锈钢；所述绝缘片12的材料选自陶瓷、特氟龙、硅基片、有机硅云母中的任意一种或几种，进一步优选为陶瓷。

其中，靶孔1在金属片2上的部分由圆柱和圆台构成，圆柱孔径与圆台接触的小孔面21处孔径大小相同，圆台母线与中轴线之间的夹角为10～60°，优选为30～50°，更优选为45°；靶孔1 在绝缘片3上的部分为圆柱形如图3所示。传统靶孔为圆柱形或方形，打靶时，当高功率激光辐照在靶材上，一部分被靶材表面反射，一部分通过靶材透射，一部分散射，而大部分则被靶材吸收。靶材以各种不同的物理机制吸收激光能量，致使靶材中的原子获得能量而被瞬间电离，使包括被辐照的靶材及周围未打靶材，即整个靶材变成等离子体状态，在此过程中质子被加速至高能，但也随之导致整个靶材被完全损毁，因此需要将靶材进行更新，才能实现重频的激光打靶质子加速。

在本实用新型中，将靶孔1在金属片2上的部分设置为圆柱和圆台，打靶时，靶材收集的能量通过圆台面反射，防止能量被传递至邻近的靶孔1，进而降低对邻近未打靶孔1处靶材造成的影响，有效保护未打靶材，从而提高靶材的存活率。

在本实用新型中，靶孔1在绝缘片3上的圆柱形孔径等于或大于金属片1上圆台小孔面21处孔径，优选地，靶孔1在绝缘片3 上的圆柱形孔径大于金属片1上圆台小孔面21处孔径，如图3所示。

当靶孔1在绝缘片3上的圆柱形孔径小于金属片1上圆台小孔面21处孔径时，打靶过程中，绝缘片3可能发生形变，对激光打靶精度直接产生影响；当靶孔1在绝缘片3上的圆柱形孔径等于金属片1上圆台小孔面21处孔径时，组装靶片过程中，稍微错位，或者打孔位置加工有偏差，靶孔1就会被绝缘片3挡住一部分，进而对激光打靶精度产生影响；当靶孔1在绝缘片3上的圆柱形孔径大于金属片1上圆台小孔面21处孔径时，不论是加工、靶片 1的组装，还是激光打靶的精度，都不会产生影响。

其中，靶孔1的加工大小根据实际打靶的需求的决定，一般金属片2上圆柱孔径为3～8mm，优选为5～6mm；绝缘片3上圆柱形孔径比金属片2上圆柱孔径大1～5mm即可，优选地，绝缘片3 上圆柱形孔径比金属片2上圆柱孔径大2～3mm。

根据本实用新型，所述靶片的厚度为1～10mm，优选为 2～6mm。其中，金属片2的厚度为0.4～4mm，优选为1～2mm，金属片2上圆柱的高度约为金属片2厚度的1/3，绝缘片3的厚度为 0.1～2mm，优选为0.2～0.8mm。

根据本实用新型，所述金属片2和绝缘片3的材料性能均需耐高温，且之间的热膨胀系数的差值足够小，例如金属片2的材料为不锈钢，绝缘片3的材料为陶瓷。

在本实用新型中，所述靶片上靶孔1的数目根据靶片的大小确定，靶片的形状为圆形或方形，优选为方形，靶片上的靶孔1 均匀分布，优选以点阵方式分布，同一横轴或同一纵轴靶孔1 中心点之间的间距为5～20mm，优选为10mm。

其中，均匀分布方式，使得打靶时等距换位更容易，且便于加工，特别是方形的靶片，靶孔1利用空间最大化；进一步地，靶孔1之间的有效间距能避免或减弱靶孔1聚集的能量传播至相邻的靶孔1，进而避免或减弱对邻近靶孔1打靶造成影响。

在本实用新型中，所述靶孔的数量根据靶片的大小决定，优选为6～60个，更优选为24～36个。当靶孔1以点阵方式排布时，优选靶孔1的行数为2～6行，优选为3～5行，靶孔1的列数为3～8 列，优选为5～7列，例如在图2所示的靶片中，靶片的形状为长方形，靶片上的靶孔1以一行6个靶孔1，总共4行的方式排布，总共设有24个靶孔1。

根据本实用新型，靶片上还设有螺纹孔4，所述螺纹孔4内设有螺纹，通过在螺纹孔4中安装螺母实现金属片2和绝缘片3之间的安装。

优选地，在相邻两纵轴排列靶孔1之间，与靶孔1同等高度的位置或相邻两个靶孔1之间的位置设置螺纹孔4，多个螺纹孔4 的设置，加强金属板2和绝缘板3之间的固定安装。

以一行6个靶孔1，一列4个靶孔1，总共设有24个靶孔1靶片为例，分别在第一列和第二列、第三列和第四列、第五列和第六列的靶孔1间设置螺纹孔4；更具体地，分别在第一行相应纵列的靶孔1间、第四行相应纵列的靶孔1间以及第二行和第三行之间的相应纵列的靶孔1间设置螺纹孔4，如图2、图3和图4所示。

根据本实用新型，任选在靶片上设置定位孔5，便于靶片与其配套靶盘的高精度装配。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合优选实施方式和范例性实例对本实用新型进行了详细说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本实用新型的阐述性解释，并不对本实用新型的保护范围构成任何限制。在不超出本实用新型精神和保护范围的情况下，可以对本实用新型技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本实用新型的保护范围内。