CN206674289U - 一种用于束流均匀化的新型磁铁 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种用于束流均匀化的新型磁铁，其特征在于，包括两个C型二极铁(1)，一个底座(5)和两个磁场屏蔽块(4)；其中，两C型二极铁(1)磁场方向相反的安装在该底座上，且两C型二极铁(1)之间的间距在该底座(5)上可调，两个磁场屏蔽块(4)设置在两个C型二极铁(1)之间，两个磁场屏蔽块(4)之间的间隙与两C型二极铁(1)之间的磁场间隙对应一致。本实用新型可以灵活调整磁铁磁场来适应束流参数，减少因为磁场大小不当造成的粒子丢失，更好地实现束流密度均匀化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型磁铁，具体地讲是一种用于束流横向密度均匀化的新型磁铁，可以灵活调整磁铁磁场来适应束流参数，减少因为磁场大小不当造成的粒子丢失，更好地实现束流密度均匀化。
技术背景
随着粒子加速器物理和技术的发展，加速器从最初作为核物理和高能物理的研究手段，逐渐扩展到工业、医疗、能源、国防等多个应用领域，发挥着越来越重要的作用。近年来我国在加速器领域发展迅速，已经建成了一大批加速器装置，提供了多种科学研究手段，在工业和医疗方面的应用也越来越普及，产生了巨大的社会效益。随着加速器在科研、工业、医疗等方面的广泛应用，对加速器的束流品质要求也日趋多样化，其中束流横向密度均匀化就是散裂中子源、同位素生产、材料辐射效应研究、放射性医疗、离子注入掺杂、工业辐照等方面对束流品质要求的一项重要指标。
实现加速器束流密度均匀化的方法主要有束流扫描方法、采用非线性磁铁的均匀化器件方法等。束流扫描方法通过扫描磁铁按照一定的调节规律改变束流轨道，在相对较长时间条件下，使束流在其照射区域的积分流强达到平均化效果，该方法需要较为精细的束流扫描方案和监控手段以获取较好的均匀化效果。目前这一方法在工业和医疗领域有较广泛的应用，在科研领域也有一定的应用，例如最近高能物理研究所参与设计的、乌克兰与美国合作的100kW电子直线加速器驱动的次临界装置，由于束流功率很高，要求打靶束流在靶表面的密度分布尽量均匀，以避免因局部束流功率太高造成靶的损伤，准备采用的就是束流扫描方法。束流扫描方法在扫描束流的过程中不可避免地会引起束流轨道的不断变化，往往相邻束流脉冲的轨道就有变化，在一些对束流轨道有严格要求的情况下便不再适用，比如中国散裂中子源(CSNS)靶站对束流均匀化和束流轨道都有着较严格的要求，扫描方法不再能满足要求。采用非线性磁铁均匀化器件的均匀化方法主要是指利用八极磁铁、十二极磁铁、阶梯场磁铁、甚至是异形磁铁提供的非线性场实现对束流横向密度分布的调整，以达到束流均匀化的目的。1983年Philip F.Meads首次提出了利用八极磁铁的非线性场对束流的横向密度分布进行调整的方法，利用八极磁铁提供的三阶场和适当的束流光路布局，可以把横向为高斯分布的束流转换成截面为矩形的均匀分布，实现束流的均匀化。在过去的二十多年里，世界上有多个实验室对这一方法进行了一定的理论和实验研究，并取得了较好的实验结果，如美国BNL实验室、德国GSI实验室等。散裂中子源是世界上正在研究和发展的大型实验装置，高能量、高流强、高功率是散裂中子源束流的重要特点，已经建成的日本J-PARC散裂中子源由于没有采用束流密度均匀化的措施，在实际运行时，为避免中子靶局部束流功率过高造成靶损伤，限制了束流运行功率，目前仅运行到200kW，远未达到其1MW的设计功率。为防止出现与J-PARC类似的情况，中国散裂中子源CSNS出于对中子靶的保护，对采用八极磁铁和阶梯场磁铁的束流均匀化方案也进行了初步的研究，获得了一些初步的理论研究结果，并准备在建设中采用适当的均匀化措施。相对于束流扫描方法的均匀化措施，采用非线性磁铁的均匀化方法由于没有使用扫描器件，结构和控制上要简单很多，运行上较为有利，但是束流光路布局要复杂很多，并且由于采用了非线性磁铁，需要在物理上对束流的非线性传输有更深刻的理解和认识。目前国际上的一些理论分析和实验，都是针对特定的情况，束流光路的布局比较相似，都是将八极铁布置在距离靶较近的地方。
从理论上推导将高斯分布的束流传输成为实空间密度分布均匀的束团需要很多多极磁铁的组合，但是这样的磁铁是难于加工的，在操作的时候一般只使用八极铁。这样在均匀化的过程中就会造成一定的问题，束流横向分布边缘尤其是束晕中的粒子容易受到过大的磁场而丢失在传输过程中。使用八极铁和十二极铁的组合能够更好的完成均匀化任务。理论上来分析，在均匀化过程中所需要要的八极铁和十二极铁的磁场符号是相反的，在束流中心部分，八极铁发挥主要作用。当到达束流边缘时候，十二极铁的磁场分量逐渐起到主导作用，有效减小了束流边缘粒子受到的磁场作用。这种磁场的需求在理论推导中有明显体现，其中八极铁分量和十二极铁分量的比例需要根据束流的具体参数来自由的调整，以使束流感受到一个合适的磁场。
实用新型内容
本实用新型是针对均匀化需要的磁场需求提出的一种新型磁铁，新型磁铁的磁场是类似于八极铁和十二极铁组合的磁场。这种磁场更加符合均匀化理论推导中所需要的磁场，并且可以根据束流尺寸和公式计算来灵活的调整所需八极磁场和十二极磁场的比例。新型磁铁在均匀化应用中的优势为得到更加均匀化束流的同时，减少粒子丢失。
本实用新型的技术方案为：
一种用于束流均匀化的新型磁铁，其特征在于，包括两个C型二极铁1，一个底座5和两个磁场屏蔽块4；其中，两C型二极铁1磁场方向相反的安装在该底座上，且两C型二极铁1之间的间距在该底座5上可调，两个磁场屏蔽块4设置在两个C型二极铁1之间，两个磁场屏蔽块4之间的间隙与两C型二极铁1之间的磁场间隙对应一致。
进一步的，所述底座5为一个带有丝杠6的底座，通过该丝杠6调节两C型二极铁1之间的间距。
进一步的，该丝杠6的两端分别设有与一固定装置，每一固定装置上固定安装一C型二极铁1；所述固定装置通过螺纹与该丝杠6匹配连接，该丝杠6两端的螺纹方向相反。
进一步的，两个磁场屏蔽块4分别通过一连接支杆与所述底座5固定连接。
与现有技术相比，本实用新型的积极效果为：
1.减少粒子丢失：通过实用新型磁铁可以产生更加符合束流横向密度均匀化理论需求的磁场，减少在均匀化过程中的粒子丢失；
2.适应性更强：采用增加可以调节的丝杠的方式，可以灵活的调整所需磁场分量的比例，能够适应不同的束流参数；
3.节约空间和经济成本：新型磁铁能够在不增加磁铁尺寸的情况下产生两种不同磁场分量的复合型磁场，在输运线元件安排上更加有优势，也更加节约制造成本。
附图说明
图1为本实用新型的新型磁铁的结构示意图。
图2为本实用新型的新型磁场在不同参数下的磁场值；
(a)两块C型磁铁之间的距离最小，八极场区域最小时的磁场分布，
(b)两块C型磁铁之间的距离最大，八极场区域最大时的磁场分布。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步详细描述。
本实用新型包括两个C型二极铁1，一个带有丝杠6的底座5，两个磁场屏蔽块4。(如图1)将两个C型二极铁磁场方向相反安装在该带有丝杠的活动底座5上，可以通过丝杠活动来调节两块C型磁铁之间的间距，在两个C型二极铁之间安装有上下两个磁场屏蔽块，上下屏蔽块之间的间隙要尽量与C型二极铁之间的磁场间隙保持一致，这样才能起到磁场屏蔽的作用。通过恰当的磁场屏蔽和距离来调节出所需的磁场。C型二极铁1是使用线圈2和铁氧体的极头配合产生的，绕线接头3的电流传输是相反的，具体的实施措施可以参照一般普通电磁铁的绕线方法，在此不做赘述。
图2即为使用本新型磁铁在拉开不同位置产生的磁场，所产生的磁场中间部分为八极场类似区域，在边缘可以产生类似增加十二极铁的磁场效果。通过使用丝杠来调节两块二极铁之间的位置可以产生不同八极场和十二极场分量的比例。
Claims (4)
1.一种用于束流均匀化的新型磁铁，其特征在于，包括两个C型二极铁（1），一个底座（5）和两个磁场屏蔽块（4）；其中，两C型二极铁（1）磁场方向相反的安装在该底座上，且两C型二极铁（1）之间的间距在该底座（5）上可调，两个磁场屏蔽块（4）设置在两个C型二极铁（1）之间，两个磁场屏蔽块（4）之间的间隙与两C型二极铁（1）之间的磁场间隙对应一致。
2.如权利要求1所述的用于束流均匀化的新型磁铁，其特征在于，所述底座（5）为一个带有丝杠（6）的底座，通过该丝杠（6）调节两C型二极铁（1）之间的间距。
3.如权利要求2所述的用于束流均匀化的新型磁铁，其特征在于，该丝杠（6）的两端分别设有与一固定装置，每一固定装置上固定安装一C型二极铁（1）；所述固定装置通过螺纹与该丝杠（6）匹配连接，该丝杠（6）两端的螺纹方向相反。
4.如权利要求1或2或3所述的用于束流均匀化的新型磁铁，其特征在于，两个磁场屏蔽块（4）分别通过一连接支杆与所述底座（5）固定连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114470535A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-13 | 中国原子能科学研究院 | 一种硼中子俘获治疗束流线布局结构 |
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2017
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