CN105764229A - 一种磁铁边缘场的抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于加速器技术，具体涉及一种加速器中二极磁铁元件的边缘场抑制方法。该方法在二极磁铁的边缘场抑制区设置抑制磁铁，使抑制磁铁在边缘场抑制区内所产生的磁场方向与二极磁铁的磁场方向相同，从而将二极磁铁产生的磁场向其磁场最大值的方向挤压，使边缘场区的磁场变小。本发明能够降低二极磁铁边缘场区对带电粒子运动的不利影响，将边缘场系数K1值降低到0.3以下。

Description

一种磁铁边缘场的抑制方法
技术领域
本发明属于加速器技术，具体涉及一种加速器中二极磁铁元件的边缘场抑制方法。
背景技术
加速器被广泛应用于科学研究、国防军事、安保反恐、工农业生产、环境保护、医疗卫生、食品安全等领域，是一种高新技术装备。加速器所产生的束流的应用，很多情况下需要对其进行聚焦、偏转与传输。
对粒子束进行偏转的加速器元件一般为二极磁铁。如图1所示，二极磁铁是由磁极1、铁轭2、磁间隙3和励磁线包4组成的，带电粒子在磁间隙3内平行纸面运动时，受到磁场的偏转力而产生偏转。在带电粒子进入二极磁铁的磁间隙3的前后，都要经过一种边缘场5的影响。磁间隙3处均匀场强的磁力线是直的，而边缘场5区域的磁力线是弯的。边缘场5会在垂直于粒子运动Z方向的偏转X方向和Y方向上产生散焦作用，影响束流的传输品质。在采用大间隙的二极磁铁时，这种影响变得非常明显。此外，如果排列两个相同偏转方向的二极磁铁，在二极磁铁距离较近时，两个二极磁铁的边缘场就会重叠，使得磁铁边缘角的聚焦效果降低，甚至抵销。
目前国内外还没有人提出过二极磁铁边缘场的抑制方法。描述二极磁铁边缘场性能的一个主要参数为其中B0是磁间隙内的最大磁感应强度，By(z)是对称平面上任意位置的磁感应强度的Y方向分量，g是磁间隙宽度，z是积分运算的路径方向，一般与粒子运动方向一致。K1的值一般为0.3-1.0之间，由磁极的几何形状决定。对于大磁间隙的二极磁铁，为了降低边缘场在Y方向上的散焦作用，希望尽量降低的K1值至少要小于0.3。
发明内容
本发明的目的是为了降低二极磁铁的边缘场区对带电粒子运动的不利影响，提供一种磁铁边缘场的抑制方法，将边缘场系数K1值降低到0.3以下。
本发明的技术方案如下：一种磁铁边缘场的抑制方法，在二极磁铁的边缘场抑制区设置抑制磁铁，使抑制磁铁在边缘场抑制区内所产生的磁场方向与二极磁铁的磁场方向相同，从而将二极磁铁产生的磁场向其磁场最大值的方向挤压，使边缘场区的磁场变小。
进一步，如上所述的磁铁边缘场的抑制方法，其中，该方法是针对一个二极磁铁的边缘场进行抑制，或者是针对相邻的两个二极磁铁的边缘场进行抑制。
进一步，如上所述的磁铁边缘场的抑制方法，其中，当针对一个二极磁铁的边缘场进行抑制时，采用两个相同结构的C型铁芯的抑制磁铁对称设置。
进一步，如上所述的磁铁边缘场的抑制方法，其中，当针对相邻的两个二极磁铁的边缘场进行抑制时，采用两个相同结构的长方形铁芯的抑制磁铁对称设置。
进一步，如上所述的磁铁边缘场的抑制方法，其中，所述的抑制磁铁由铁芯和励磁线包组成。
本发明的有益效果如下：本发明通过设置抑制磁铁的方法，对边缘场区的磁场进行有效的降低，从而克服二极磁铁边缘场区对带电粒子运动的不利影响，将边缘场系数K1值降低到0.3以下。该方法简单易行，且效果显著。
附图说明
图1为常规的二极磁铁边缘场分布效果图；
图2为单个二极磁铁边缘场抑制方法的示意图；
图3为单个二极磁铁边缘场区的磁场分布曲线图；
图4为两个相邻的二极磁铁的空间安排与二维磁场分布示意图；
图5为相邻两个二极磁铁的边缘场场分布示意图；
图6为两个相邻的二极磁铁的边缘场抑制方法的示意图；
图7为相邻两个二极磁铁的边缘场抑制后的场分布示意图。
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。
本发明所提供的是一种加速器中二极磁铁元件的磁铁边缘场的抑制方法，该方法采用两个相同的抑制磁铁对称放置，抑制磁铁在边缘场抑制区内所产生的磁场方向与二极磁铁的磁场方向是相同的，从而将二极磁铁产生的磁场向其磁场最大值的方向挤压，使得边缘场区的磁场变小，抑制边缘场对带电粒子束的不利作用。
本方法可以针对一个二极磁铁的边缘场进行抑制，也可以针对相邻的两个二极磁铁的边缘场进行抑制，其对边缘场进行抑制的思想方法是相同的，但所采用的具体磁铁结构会有所不同。
实施例1
图2所示的是单个二极磁铁边缘场抑制方法的示意图，其中带电粒子在磁铁间隙3内平行纸面运动，间隙左侧的铁轭应该在垂直纸面的方向上，只是为了二维模拟计算的方便才将其在图中置于左侧，铁轭的置位不会影响边缘场区5的计算结果。图中所计算的磁极间隙为600毫米。图中箭头方向和大小为磁场的方向和磁场值的大小。
图2中边缘场抑制磁铁6由铁芯61和励磁线包62等组成，本实施例中采用两个相同结构的C型铁芯的抑制磁铁6对称设置，抑制磁铁6在边缘场抑制区7内所产生的磁场方向与二极磁铁的磁场方向是相同的，相比于图1的效果是将二极磁铁产生的磁场向其磁场最大值的方向(即图的左方)挤压，从而使得边缘场区5的磁场变小。
图3给出了边缘场区的磁场分布曲线，其中的B1是图1中沿间隙3中心线上右侧边缘场的By分量，K1约为0.33，B2是图2中经边缘场抑制后与B1曲线相同位置的磁场分布曲线，K1约为0.18，即经过边缘场抑制磁铁6的作用，边缘场的降低是非常明显的。
实施例2
图4所示的是两个相邻二极磁铁的空间安排与二维磁场分布情况，二极磁铁是由磁极1、铁轭2、磁间隙3和励磁线包4组成。与图2类似，图4中左右两侧的铁轭2应该在垂直纸面的方向，否则会挡住粒子的运动，这里仅是为了二维模拟计算的方便才在图中进行的这种空间安排，而这种铁轭的安排不会影响边缘场区域5的磁场分布。磁极间隙为60cm，两个磁铁的距离为70cm。
沿粒子运动的参考轨道上的一维磁场分布如图5所示，可以发现两个磁铁之间的边缘场叠加得非常严重。采用两个磁铁对粒子进行偏转的目的是利用两个磁铁之间的边缘角进行束流的横向聚焦，实现束流的匹配。如图5所示的严重的边缘场叠加使得边缘角的聚焦等效果严重消弱，乃至不起作用，以至于可以把这两个磁铁看作一个磁铁。因此必须将磁铁之间的磁场降为零。
图6中所采用的边缘场抑制磁铁6由铁芯61和励磁线包62等组成，与图2所示的抑制磁铁有所不同的是，本实施例的抑制磁铁不是采用C型铁芯，而是采用长方形铁芯，主要原因是两个偏转磁铁之间的距离小，同时存在同方向偏转磁场叠加的问题。但边缘场抑制磁铁6抑制边缘场的原理是相同的，即在边缘场抑制区7内将二极磁铁产生的磁场向其磁场最大值的方向(即分别向图的左方和右方)挤压，从而使得边缘场区5的磁场变小。抑制后的边缘场一维场分布如图7所示，即在相邻磁铁之间的中点位置的磁场值降为零，边缘场参数K1约为0.15。
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 (5)

1.一种磁铁边缘场的抑制方法，其特征在于：在二极磁铁的边缘场抑制区设置抑制磁铁，使抑制磁铁在边缘场抑制区内所产生的磁场方向与二极磁铁的磁场方向相同，从而将二极磁铁产生的磁场向其磁场最大值的方向挤压，使边缘场区的磁场变小。
2.如权利要求1所述的磁铁边缘场的抑制方法，其特征在于：该方法是针对一个二极磁铁的边缘场进行抑制，或者是针对相邻的两个二极磁铁的边缘场进行抑制。
3.如权利要求2所述的磁铁边缘场的抑制方法，其特征在于：当针对一个二极磁铁的边缘场进行抑制时，采用两个相同结构的C型铁芯的抑制磁铁对称设置。
4.如权利要求2所述的磁铁边缘场的抑制方法，其特征在于：当针对相邻的两个二极磁铁的边缘场进行抑制时，采用两个相同结构的长方形铁芯的抑制磁铁对称设置。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的磁铁边缘场的抑制方法，其特征在于：所述的抑制磁铁由铁芯和励磁线包组成。
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