多物理譜儀高精四刀光闌機械設計與分析

方喜峰，馬 欣，梁泰然，李治多

（1.江蘇科技大學機械工程學院，江蘇 鎮江 212003；2.內蒙古民族大學物理與電子信息學院，內蒙古 通遼 028043；3.散裂中子源科學中心，廣東 東莞 523803；4.中國科學院高能物理研究所，北京 100049）

1 引言

中國散裂中子源（CSNS）是中國“十一五”期間規劃的重大科學裝置之一，是利用中子散射技術來進行材料、物理、化學、生命科學、納米等學科領域的研究［1-2］。CSNS一期靶站計劃共建設20條中子散射實驗譜儀，多物理譜儀（MPI）就是其中之一。在譜儀入射束線末端靠近樣品處，將由兩套四刀光闌（SLIT）組和控制中子束斑形狀，為了降低空氣分子對于中子的散射效應，兩套四刀光闌將在真空環境下使用。

目前，光闌結構主要用于光學實驗儀器中，隨著中子散射技術的廣泛應用和發展，四刀光闌也越來越多的用于中子實驗譜儀上。瑞士的Swissneutronics、匈牙利的Mirrotron 和丹麥JJ X-Ray 三家公司是最早實現四刀光闌商業化的企業，其四刀光闌主要有雙軸和四軸兩種結構。這兩種結構均采用步進電機與滾珠絲杠結合的驅動方案，不同點在于雙軸結構中使用的是一根兩端旋向不同的絲杠，可以同時控制相對的兩個刀片；而四軸結構則是采用每個刀片獨立控制的方式，一根絲杠對應一個刀片［3-5］。此外，國內還有很多研究所研發了一些光學四刀光闌，比如中國科學技術大學研制了一種用彈性鉸鏈作為驅動系統的狹縫裝置，采用彈性鉸鏈控制作為驅動系統［6］。但對比于多物理譜儀的需求，這些四刀光闌設計方案都有其局限性，雙軸與四軸這兩種方案均采用步進電機無任何反饋，所以整體的定位精度不高，并且雙軸結構的開口中心固定無法實現任意位置的開口，采用滾珠絲杠傳遞效率高但沒法自鎖；……