CN101697658A - 中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及回旋加速器的磁铁结构，具体涉及一种中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁。该磁铁由上下对称的两部分组成，每一部分均包括一个圆形盖板，盖板中部均匀设置有若干个磁极，磁极呈直边扇形结构，相邻的两个磁极之间形成扇形谷区，在盖板的周边正对每个磁极的外侧设有磁轭。本发明采用直边扇形磁极、深谷区的磁铁结构来实现强聚焦力，同时降低了回旋加速器主磁铁及其它相关元件的加工和安装的难度。
Description
技术领域
本发明涉及回旋加速器的磁铁结构，具体涉及一种中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁。
背景技术
回旋加速器是一种利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，其基本结构包括磁铁系统、离子源、注入系统和引出系统。其中，磁铁系统包括磁铁和调节线圈，使回旋加速器能够获得等时性磁场。
回旋加速器磁铁的重要指标是提供束流运动的等时性磁场和提供强的聚焦力。为了获得等时性磁场，目前，在中能回旋加速器的磁铁设计中，普遍采用的方案是磁极角宽度随着半径的增大而增加，这在某种意义上说是牺牲了加速器的聚焦力。目前认为，中能回旋加速器要想获得强聚焦，加速器的磁极必须采用螺旋扇形磁铁结构，而且在国际上在建的或已建的中能回旋加速器都采用螺旋扇形聚焦磁铁结构。这种螺旋扇形磁铁结构的应用必然导致加速器的高频腔、束流诊断等元件也必须是螺旋形结构，这样就增加了磁铁、高频腔等元件的加工和安装难度，同时给加速器的运行和维护增加了难度。因此，有必要研究一种新型的回旋加速器磁铁结构，既能保证提供束流运动的等时性磁场，又能提供足够高的聚焦力，同时使得回旋加速器的建造相对简单。
发明内容
本发明的目的在于针对现有回旋加速器中螺旋扇形磁铁的缺陷，提供一种用于中等能量回旋加速器的强聚焦直边扇形磁铁，在提高聚焦力的同时，使回旋加速器的建造和安装更为简单。
一种中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，由上下对称的两部分组成，每一部分均包括一个圆形盖板，盖板中部均匀设置有若干个磁极，磁极呈直边扇形结构，相邻的两个磁极之间形成扇形谷区，在盖板的周边正对每个磁极的外侧设有磁轭。
进一步，如上所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其中，所述的磁极共四个，对称分布在盖板的中部。
更进一步，如上所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其中，所述的磁极的扇角为47°，谷区的扇角为43°；磁极的半径为2000mm，谷区的深度为785mm。
进一步，如上所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其中，所述的磁极的表面为曲面，上下磁极间隙为类椭圆结构，上下磁极间隙随磁极半径的增大而减小。
本发明的有益效果如下：本发明采用直边扇形磁极、深谷区的磁铁结构来实现强聚焦力。采用这种结构时，加速器的高频腔可以设计为三角形形状，这将使得高频腔的加工、焊接以及安装变得相对容易；束流诊断元件可以设计为直线型结构，这样容易实现诊断元件的加工、安装以及控制。因此，本发明可以降低主磁铁及其它相关元件的加工和安装的难度，缩短加速器建造的周期。为了在能获得强聚焦的基础上，磁场分布能达到等时性，回旋加速器磁铁的结构采用了变气隙结构，也就是说加速器上下磁极间的气隙随半径增大而减小，这种结构可以减小加速器磁铁的重量，也可增加谷区的体积。
附图说明
图1为本发明直边扇形磁铁的下半部分结构示意图；
图2为磁极的表面为曲面的磁铁纵剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
中能回旋加速器为紧凑型回旋加速器，其磁铁结构由对称的上下两部分组成，包括上下各四个磁极、四个磁轭和上下盖板。在此以磁铁的下半部分为例，对其结构进行描述。如图1所示，磁铁的底部为一个圆形盖板1，盖板1的中间部份均匀的设置有四个磁极2，四个磁极2呈对称形式分布在盖板1上，磁极的个数并不只局限于四个，可以根据实际情况在盖板上均匀设置多个磁极。磁极为直边扇形结构，即磁极两侧的边缘为平面，扇形的尖角处于盖板1的中心位置，四个扇形磁极尖角相对。在相邻的两个磁极之间形成扇形谷区4，在盖板1的周边正对每个磁极2的外侧设有磁轭3。等时性回旋加速器中的峰-谷区交替出现的磁极结构主要是为了提供随着角度方向变化的磁场，沿角度方向变化的磁场将提供轴向聚焦力。磁轭3与磁极2、盖板1以及磁极间隙共同构成磁回路，谷区4还可以提供加速器其他元器件安装的空间。
磁铁中各部件的尺寸需要根据等时性磁场强度和聚焦力的要求来确定，本实施例中，磁极的半径均为2000mm，磁极的扇角为47°；四个谷区的深度均为785mm，谷区的扇角为43°。磁轭尺寸的设计要求是应当保证磁场在磁轭内不发生磁饱和。
为了在能获得强聚焦的基础上，磁场分布能达到等时性，本实施例中回旋加速器的磁铁采用了变气隙结构。如图2所示，具体的方案是将磁极2的表面设计为曲面5，该曲面从扇形的尖角向后逐渐向上弯曲，使上下磁极间隙6形成类椭圆结构，上下磁极间隙6随半径增大而减小。采用这种结构，在保证等时性磁场的条件下，磁场的聚焦力随半径的增大而增大，并能避开各种有害的共振。在本领域的传统理论中认为，能量超过70MeV的等时性回旋加速器应当采用螺旋扇结构，否则无法提供足够大的轴向聚焦力，而本发明创造性的提出了上述变磁极气隙设计，在中能(＞70MeV)情况下直边扇结构也能提供足够大的轴向聚焦力，大大简化了中能等时性回旋加速器的工程难度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，由上下对称的两部分组成，每一部分均包括一个圆形盖板(1)，盖板(1)中部均匀设置有若干个磁极(2)，其特征在于：磁极(2)呈直边扇形结构，相邻的两个磁极之间形成扇形谷区(4)，在盖板(1)的周边正对每个磁极(2)的外侧设有磁轭(3)。
2.如权利要求1所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其特征在于：所述的磁极(2)共四个，对称分布在盖板(1)的中部。
3.如权利要求2所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其特征在于：所述的磁极(1)的扇角为47°，谷区(4)的扇角为43°。
4.如权利要求3所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其特征在于：磁极(1)的半径为2000mm，谷区(4)的深度为785mm。
5.如权利要求1或2或3或4所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其特征在于：所述的磁极(1)的表面为曲面(5)，上下磁极间隙(6)为类椭圆结构，上下磁极间隙(6)随磁极半径的增大而减小。
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