CN104684238B - 一种永磁束晕处理非线性磁铁 - Google Patents
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Abstract
本发明属于加速器设计技术，具体涉及一种加速器用束晕处理非线性磁铁。其结构包括两两相对设置的四个磁极，每个磁极外设有磁场励磁组件，其中，在四个磁极的中间位置设有一对屏蔽磁极，所述屏蔽磁极的极头为平面，平面极头产生的磁场为零场区，四个磁极的极头产生的磁场为线性聚焦区或非线性聚焦区；所述的磁场励磁组件包括作为主磁场励磁的永磁铁和作为辅助磁场励磁的励磁线包。本发明所提供的磁铁能够产生一种较大范围的零场区和聚焦场强，从而能够克服目前的束晕处理难题，使得边缘的低密度粒子聚焦叠加到中心的高密度粒子，避免束晕粒子的不利影响。
Description
技术领域
本发明属于加速器设计技术，具体涉及一种加速器用永磁束晕处理非线性磁铁。
背景技术
加速器产生的束流横向截面(束斑)的粒子分布一般是高斯分布的，即轰击到靶上的粒子分布是不均匀的。高斯分布的束斑会有一个小区域的高密度的束核和束核周围大区域低密度的束晕。对于中低能的粒子，束晕粒子可以用准直器直接挡掉，但是之后经过加速和传输后，又会产生新的束晕粒子。对于高能粒子，束晕粒子轰击准直器和束流管道后会产生较大的辐射剂量，导致物质的活化。因此，加速器束晕处理是一个非常重要的问题。
目前，国内外对束晕的处理都是采用准直器的方法，活化的问题难以根本解决。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种永磁束晕处理非线性磁铁，对束晕粒子进行聚焦，使边缘的低密度粒子聚焦叠加到中心的高密度粒子，避免束晕粒子的不利影响。
本发明的技术方案如下，一种永磁束晕处理非线性磁铁，包括两两相对设置的四个磁极，每个磁极设有磁场励磁组件，其中，在四个磁极的中间位置设有一对屏蔽磁极，所述屏蔽磁极的极头为平面，平面极头产生的磁场为零场区；所述的磁场励磁组件包括作为主磁场励磁的永磁铁和作为辅助磁场励磁的励磁线包。
进一步，如上所述的永磁束晕处理非线性磁铁，其中，所述的四个磁极的极头为双曲面或其它曲面。
更进一步，如上所述的永磁束晕处理非线性磁铁，其中，所述的四个磁极的极头产生的磁场为线性聚焦区或非线性聚焦区。
进一步，如上所述的永磁束晕处理非线性磁铁，其中，所述的作为辅助磁场励磁的励磁线包是对作为主磁场励磁的永磁铁所励磁的磁场进行小范围调整；在所述永磁铁所励磁的磁场不需要调整时，可取消所述作为辅助磁场励磁的励磁线包。
进一步，如上所述的永磁束晕处理非线性磁铁，其中，所述的作为主磁场励磁的永磁铁设置在磁极铁芯中，磁极铁芯中除永磁铁以外的其它部分为用于导磁的软磁材料；所述的作为辅助磁场励磁的励磁线包设置在磁极铁芯的外侧。
本发明的有益效果如下：本发明的屏蔽磁极的极头产生的磁场零场区对粒子运动不产生影响，四个磁极的极头产生的磁场聚焦区对束晕粒子进行聚焦，从而使得边缘的低密度粒子聚焦叠加到中心的高密度粒子，避免束晕粒子的不利影响。
附图说明
图1为本发明具体实施例中磁铁结构整体的四分之一部分结构示意图；
图2为本发明具体实施例中X轴上的磁场分布示意图(所示为磁场分布的一半)；
图3为本发明具体实施例中处理束晕粒子的实例磁场分布图。
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。
本发明是在加速器所采用的四极磁铁的基础上进行的改进，原有四极磁铁包括两两相对设置的四个磁极1，每个磁极外设有励磁线包3并通入励磁电流，如图1所示，图1中所画为整个磁铁的四分之一部分，全图关于X坐标轴和Y坐标轴对称。本发明在四个磁极的中间位置增加了一对屏蔽磁极2，其极头为平面，使其产生的磁场为零场区4。原有的四极磁铁磁极1的极头面为双曲面，如(x-a)*y＝b曲线沿Z轴方向拉伸所形成的曲面，a和b为大于零的常数；也可以根据需要设计成其它曲面，如3(x-a)2*y-y3＝b曲线沿Z轴方向拉伸所形成的曲面，a和b为大于零的常数。磁极产生的磁场为线性聚焦区5(也可以根据需要设计成其它非线性聚焦区)，零场区4对粒子运动不产生影响，线性聚焦区5对束晕粒子进行聚焦，从而使得边缘的低密度粒子聚焦叠加到中心的高密度粒子，避免束晕粒子的不利影响。
另外，本发明对磁极的磁场励磁采用了作为主磁场励磁的永磁铁6和作为辅助磁场励磁的励磁线包3。主磁场励磁是指磁场激励的主要承担者，其材料采用永磁铁6，其位置可置于磁极铁芯中的任意适当位置，只要能够激励起所需的磁场分布即可，铁芯中的其它部分为软磁材料，用于磁路的导磁；辅助磁场励磁用于激励调整磁场大小所需的磁场成分，由通入励磁线包的电流进行控制，如果主磁场励磁所励磁的磁场不需要调整，则辅助磁场励磁可取消。
在进行束晕处理的时候，首先需要将束流截面做成非常扁的束，例如采用传统的四极磁铁将束斑在Y方向聚束的同时，在X方向扩束，使得X方向的束斑很大，而在Y方向的束斑很小，这种处理方法在束流打靶之前是最为合适的。图3中的高斯分布形曲线是这种束流在X轴上的粒子密度分布情况。类比于图2的结果，图3中的ABC折线是X轴上的磁场分布。其中AB区间内是束流的束核部分，AB区间外是束晕部分。在这种磁场作用下，AB区间的粒子密度是不变的，AB区间外的粒子由于受到线性聚焦力，A、B点的粒子不动，越远离A、B点的粒子受到的聚焦力越大。经过一定距离的漂移，束晕粒子就会叠加到束核内，从而避免了对束晕粒子的准直切割。
由四极磁铁的特性可知，束流在X方向聚焦叠加的同时，往往会在Y方向散焦，但是由于束流非常扁，因此在Y方向的散焦力非常弱，可以忽略。
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，倘若对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 (4)
1.一种永磁束晕处理非线性磁铁，包括两两相对设置的四个磁极(1)，每个磁极(1)外设有磁场励磁组件，其特征在于：在四个磁极(1)的中间位置设有一对屏蔽磁极(2)，所述屏蔽磁极(2)的极头为平面，平面极头产生的磁场为零场区(4)，零场区(4)对粒子运动不产生影响，四个磁极(1)产生的磁场对束晕粒子进行聚焦，从而使得边缘的低密度粒子聚焦叠加到中心的高密度粒子；所述的磁场励磁组件包括作为主磁场励磁的永磁铁(6)和作为辅助磁场励磁的励磁线包(3)，所述的作为主磁场励磁的永磁铁(6)设置在磁极铁芯中，磁极铁芯中除永磁铁以外的其它部分为用于导磁的软磁材料，所述的作为辅助磁场励磁的励磁线包(3)设置在磁极铁芯的外侧。
2.如权利要求1所述的永磁束晕处理非线性磁铁，其特征在于：所述的四个磁极(1)的极头为双曲面或其它曲面。
3.如权利要求2所述的永磁束晕处理非线性磁铁，其特征在于：所述的四个磁极(1)的极头产生的磁场为线性聚焦区(5)或非线性聚焦区。
4.如权利要求1所述的永磁束晕处理非线性磁铁，其特征在于：所述的作为辅助磁场励磁的励磁线包(3)是对作为主磁场励磁的永磁铁(6)所励磁的磁场进行小范围调整；在所述永磁铁(6)所励磁的磁场不需要调整时，可取消所述作为辅助磁场励磁的励磁线包(3)。
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