CN101778528A - 束流高均匀化的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于加速器技术领域，具体涉及一种束流高均匀化的方法和装置，采用旋转扫描磁铁生成一个方向随时间周期性旋转变化的磁场，使通过该磁场的束流周期性地旋转从而叠加成一个中间均匀分布的大半径束流，然后通过准直器去掉周围的非均匀束流，关键在于，所述旋转扫描磁铁中的磁场大小是可控变化的，使得束流在旋转过程中其偏移量是变化的，从而实现束流的螺旋式旋转叠加。本发明利用小束斑的束流多次叠加获得了非常大的均匀化束流，突破了现有技术中束流只能一次叠加的缺点。同时，本发明公开的螺旋形旋转扫描磁铁结构简单，造价低廉。
Description
技术领域
本发明属于加速器技术领域，具体涉及一种束流高均匀化的方法和装置。
背景技术
加速器引出束流分布一般都是高斯分布，而在束流应用中更多的是需要均匀分布的束流。为了实现束流均匀化，人们想了诸多方法来实现这个目的，但是，目前实现束流均匀化的装置不够理想。《高能物理与核物理》Vol.31，No.3中《30MeV医用回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁的研制》一文公开了一种能够实现束流均匀化高于90％的旋转扫描磁铁，满足了用户需求。该技术方案的束流均匀化过程如图1所示，该磁铁主要是生成一个强度均匀、方向随时间周期性旋转变化的磁场，当束流通过该旋转扫描磁铁a1时，束流随着磁场的旋转变化而改变，旋转后的束流叠加形成一个中间均匀分布的大半径束流b1，再通过准直器c1去掉周围的非均匀束流，便可以在靶上得到高度均匀分布的束流d1。但是上述磁铁实现大束斑均匀化比较困难，这是因为旋转扫描磁铁是单圈叠加实现束流均匀化。
发明内容
(一)发明目的
本发明目的在于通过小束团的多次叠加来实现较大束斑的束流均匀化。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种束流高均匀化的方法，采用旋转扫描磁铁生成一个方向随时间周期性旋转变化的磁场，使通过该磁场的束流周期性地旋转从而叠加成一个中间均匀分布的大半径束流，然后通过准直器去掉周围的非均匀束流，关键在于，所述旋转扫描磁铁中的磁场大小是可控变化的，使得束流在旋转过程中其偏移量是变化的，从而实现束流的螺旋式旋转叠加。
所述周期性旋转变化的磁场是由2极24槽双层叠绕组1路接线方式所制成的线圈，并在三相交流电的作用下实现的。
通过改变三相交流电的总电流强度而控制所述旋转扫描磁铁中的磁场大小的变化。
一种实现上述束流高均匀化方法所用的螺旋型旋转扫描磁铁，包括外壳、磁铁外壳、绕有线圈的磁轭和束流管道，线圈与电源相连，线圈的绕线方式采用2极24槽双层叠绕组1路接线法，关键在于，所述电源为幅值可变的三相交流电源。
所述螺旋型旋转扫描磁铁在外壳与磁铁外壳之间设置有水冷管道，用以防止磁铁过热而导致故障或损毁。
所述螺旋型旋转扫描磁铁在磁铁外壳内侧两端置有固定磁轭用的压紧环。
所述螺旋型旋转扫描磁铁的材料为20号钢。
所述线圈采用漆包线或者内水冷导线绕制。
(三)有益效果
本发明利用小束斑的束流多次叠加获得了非常大的均匀化束流，克服了现有技术中束流只能一次叠加的缺点。同时，本发明公开的螺旋形旋转扫描磁铁结构简单，造价低廉。
附图说明
图1为背景技术中所述的束流均匀化过程原理示意图，其中a1为旋转扫描磁铁，b1为成型的大束斑，c1为准直器，d1为均匀束斑；
图2为本发明中束流均匀化过程原理示意图，其中a2为螺旋型旋转扫描磁铁，b2为成型的大束斑，c2为准直器，d2为均匀束斑；
图3为图2中的螺旋型旋转扫描磁铁结构示意图，其中1为水冷管接头，2为外壳，3为束流管道，4为压紧环，5为绕有线圈的磁轭，6为磁铁外壳。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
图2为本发明公开的束流均匀化过程原理示意图，其主要原理是由螺旋型旋转扫描磁铁a2生成一个大小、方向随时间周期性旋转变化的磁场，当束流通过该装置时，束流随着磁场方向的旋转而旋转，同时在旋转过程中随着磁场力大小的变化束流的偏移量也随着变化，从而呈现螺旋型旋转，由于束流本身是高斯分布，旋转后的束流叠加形成一个中间均匀分布的大半径束流，再通过准直器去掉周围的非均匀束流，这样我们便可以得到高度均匀分布的束流。
这种装置实现螺旋扫描束流的关键是磁场的旋转变化及磁场大小的可控变化，要实现这个目的主要从两个方面着手：1)线圈的绕线方式采用2极24槽双层叠绕组1路接线法，这种绕线方式保证了电源产生单一两极的磁场，同时在三相交流电的作用下可以保证磁场的均匀性和旋转性；2)选用幅值可变的三相交流电源可实现磁场大小随着总流强变化而变化。
在材料选择上采用20号钢作为生产上述旋转扫描磁铁磁轭的材料，这是因为与其他材料相比，20号钢的导磁性能和机械强度更优越，加工难度低，更重要的是比较常见、价格便宜还能达到设计要求。在线圈导线的选择上，可以使用内水冷导线或者漆包线。内水冷导线具有良好的散热性，但这种导线都比较粗，而旋转扫描磁铁的24个线圈区空间有限，要想在有限的空间内完成绕制有一定的难度。本实施例优选直径为φ1.4mm的漆包线用于绕制线圈，虽然它的散热性不及内水冷导线，但是由于磁极本身是片状结构，减小了涡流热量，在这种情况下加上外部水冷完全能够满足旋转扫描磁铁散热，同时还可以在有限的空间内实现线圈的绕制。
以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种束流高均匀化的方法，采用旋转扫描磁铁生成一个方向随时间周期性旋转变化的磁场，使通过该磁场的束流周期性地旋转从而叠加成一个中间均匀分布的大半径束流，然后通过准直器去掉周围的非均匀束流，其特征在于：所述旋转扫描磁铁中的磁场大小是可控变化的，使得束流在旋转过程中其偏移量是变化的，从而实现束流的螺旋式旋转叠加。
2.根据权利要求1所述的束流高均匀化的方法，其特征在于：所述周期性旋转变化的磁场是由2极24槽双层叠绕组1路接线方式所绕制成的线圈在三相交流电的作用下实现的。
3.根据权利要求1所述的束流高均匀化的方法，其特征在于：通过改变三相交流电的总电流强度而控制所述旋转扫描磁铁中的磁场大小的变化。
4.一种实现权利要求1所述束流高均匀化方法所用的螺旋型旋转扫描磁铁，包括外壳、磁铁外壳、绕有线圈的磁轭和束流管道，线圈与电源相连，线圈的绕线方式采用2极24槽双层叠绕组1路接线法，其特征在于：所述电源为幅值可变的三相交流电源。
5.根据权利要求4所述的螺旋型旋转扫描磁铁，其特征在于：所述螺旋型旋转扫描磁铁在外壳与磁铁外壳之间设置有水冷管道。
6.根据权利要求4所述的螺旋型旋转扫描磁铁，其特征在于：所述螺旋型旋转扫描磁铁在磁铁外壳内侧两端置有固定磁轭用的压紧环。
7.根据权利要求4所述的螺旋型旋转扫描磁铁，其特征在于：所述螺旋型旋转扫描磁铁的磁轭材料为20号钢。
8.根据权利要求4所述的螺旋型旋转扫描磁铁，其特征在于：所述线圈采用漆包线或者内水冷导线绕制。
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