CN106102300A - 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构 - Google Patents

增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构 Download PDF

Info

Publication number
CN106102300A
CN106102300A CN201610614950.2A CN201610614950A CN106102300A CN 106102300 A CN106102300 A CN 106102300A CN 201610614950 A CN201610614950 A CN 201610614950A CN 106102300 A CN106102300 A CN 106102300A
Authority
CN
China
Prior art keywords
core column
magnetic pole
column structure
district
superconducting cyclotron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610614950.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106102300B (zh
Inventor
杨建俊
王川
崔涛
张天爵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Atomic of Energy
Original Assignee
China Institute of Atomic of Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Atomic of Energy filed Critical China Institute of Atomic of Energy
Priority to CN201610614950.2A priority Critical patent/CN106102300B/zh
Publication of CN106102300A publication Critical patent/CN106102300A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106102300B publication Critical patent/CN106102300B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons

Abstract

本发明涉及一种增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，该芯柱结构包括芯柱本体(4)，芯柱本体(4)分为上下两部分，下部分为圆柱形结构，上部分为多个磁极谷区(5)和多个磁极峰区(1)循环交替结构，每个磁极谷区(5)方位角的磁环设成台阶状，每个磁极峰区(1)头部表面两侧边缘处设置倒角(6)。采用本发明的增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，能够在增强超导回旋加速器中心区轴向磁聚焦力的同时，减小中心区的粒子加速高频滑相，有效降低中心区的束流损失，提高中心区束流的接受度，从而提高从加速器引出的束流强度；结构简单，实用性高。

Description

增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构
技术领域
本发明属于回旋加速器领域，具体涉及一种增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构。
背景技术
在经典回旋加速器中，为了补偿相对论效应带来的粒子质量的增大，需要平均磁场随着半径逐渐增大。但这会导致磁场在轴向上的散焦。在等时性回旋加速器中通过峰区-谷区交替的磁极结构引入了沿着方位角调变的磁场，从而引入额外的轴向聚焦力。超导回旋加速器是采用超导励磁线圈的等时性回旋加速器。在超导回旋加速器的中心区，由于磁场高度饱和，磁场沿着方位角的调变度非常小，磁场调变带来的轴向磁聚焦作用弱于磁场沿径向增大带来的轴向磁散焦作用，因此在轴向上磁力是散焦的。为此，一般在加速器中心区通过增加谷区磁铁的办法在中心区平均磁场上增加一个小凸包，当粒子经过小凸包的下降沿时轴向上受到较强的磁聚焦力。但是，磁场小凸包也有负面作用，那就是这损害了原来磁场的等时性，增大了中心区粒子加速高频滑相，粒子高频场中得到的加速变小。粒子加速高频滑相大小与磁场小凸包的径向宽度成正比。如果小凸包的径向宽度太大，甚至可能导致粒子落到减速相位，得不到持续加速。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，能够提高超导回旋加速器中心区磁场轴向聚焦力，减小中心区粒子加速高频滑相，有效降低中心区的束流损失，提高中心区束流的接受度，从而提高从加速器引出的束流强度。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，芯柱结构包括芯柱本体，该芯柱本体分为上下两部分，下部分为圆柱形结构，上部分为多个磁极谷区和多个磁极峰区循环交替结构，每个磁极谷区方位角的磁环设成台阶状。
进一步，每个磁极谷区方位角的磁环设置2-4个台阶。
进一步，每个磁极谷区方位角的磁环设置2个台阶，包括上台阶和下台阶，上台阶的外径为50-100毫米、高度为100-200毫米，下台阶的外径为80-160毫米、高度为100-200毫米。
进一步，每个磁极峰区头部表面两侧边缘处设置倒角。
本发明的有益技术效果在于：
(1)本发明的芯柱结构，将各磁极谷区内方位角的磁环设计成台阶状，峰值高、下降沿坡度大，从而解决超导回旋加速器中心区磁场轴向聚焦力差的问题，有效降低中心区的束流损失，提高中心区的束流接受度。
(2)本发明的芯柱结构，在各磁极峰区头部表面两侧边缘处设置倒角，通过修改倒角的宽度和角度，从而解决了粒子加速高频滑相大的问题。
附图说明
图1是本发明芯柱结构的三维结构示意图；
图2是本发明芯柱结构的轴向剖视图；
图3是图2中沿B-B的剖视图；
图4是具有倒角的芯柱结构的结构示意图。
图5是本发明有台阶状磁环和现有技术无台阶状磁环粒子运动轨迹的曲线图；
图6是本发明有台阶状磁环与现有技术无台阶状磁环粒子轴向振荡振幅的对比图。
图中：
1-磁极峰区2-上台阶3-下台阶4-芯柱本体
5-磁极谷区6-倒角
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1-3所示，是本发明提供的增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，其包括芯柱本体4，该芯柱本体4分为上下两部分，下部分为圆柱形结构，上部分为多个磁极谷区5和多个磁极峰区1循环交替结构，每个磁极谷区5方位角的磁环设成台阶状，这样，磁场峰值高，下降沿坡度大。由此，本发明的增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，通过将磁环设计成台阶状，从而增强超导回旋加速器中心区轴向磁聚焦力，有效降低中心区的束流损失，提高中心区束流的接受度。
本发明磁环可设置2个台阶，2个台阶包括上台阶2和下台阶3，上台阶2的外径为50-100毫米、高度为100-200毫米，下台阶3的外径为80-160毫米、高度为100-200毫米，通过灵活调节上台阶和下台阶的外径和高度，实现峰值高和下降沿坡度大的特征。需要说明的是，如果上述两个台阶的结构仍然不能提供足够的磁聚焦力，也可以在上台阶2和下台阶3之间再增加1个台阶或2个台阶，将两台阶结构变为三台阶结构或四台阶结构，从而满足使用的要求。另外，台阶状磁环结构应满足回旋加速器所要求的等时性磁场。
如图4所示，如果上述台阶状磁环结构不能满足回旋加速器所要求的等时性磁场，则可以通过在每个磁极峰区1头部表面两侧边缘处设置倒角6，通过修改每个磁极头部的倒角大小和角度，可微调磁场分布，从而减小中心区粒子加速高频滑相，增大粒子能量增益，满足回旋加速器等时性磁场的要求。
下面以一台引出粒子能量为230兆电子伏超导质子回旋加速器为例，对具体实施方式作进一步描述。
如图1所示，增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构芯柱结构有四个磁极峰区1和四个磁极谷区5，在超导回旋加速器初期设计中，芯柱本体4上部对应磁极谷区5方位角的结构设计为没有台阶的等厚度圆柱环结构；为了增大磁场下降沿的坡度及磁场聚焦力，在优化设计中将超导回旋加速器的芯柱本体4头部对应磁极谷区5方位角的结构设计为由上台阶2和下台阶3组成的不等厚度台阶状结构，台阶状磁环的外径和高度通过计算得到。另外，把加速器主磁铁的中心部分，即芯柱本体和其他磁铁部分分开加工，通过精调芯柱本体的轮廓结构来实现所需的中心区磁场台阶形状。
通过实验，将台阶状磁环和无台阶状磁环获得的两条曲线进行比较，有台阶状磁环的幅值更高，下降沿坡度更大，如图5所示，横坐标为半径R(cm)，纵坐标Bavg(KGauss)为磁场强度。对初始旁轴粒子进行跟踪，得到的在最初20圈的粒子轴向运动轨迹，两条曲线进行比较，有台阶状磁环的轴向振荡振幅是无台阶状磁环的轴向振荡振幅的三分之一，如图6所示，横坐标turn为圈数，纵坐标Z(cm)为高度。
本发明的增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (4)

1.一种增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，该芯柱结构包括芯柱本体(4)，其特征是：该芯柱本体(4)分为上下两部分，下部分为圆柱形结构，上部分为多个磁极谷区(5)和多个磁极峰区(1)循环交替结构，每个磁极谷区(5)方位角的磁环设成台阶状。
2.如权利要求1所述的增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，其特征是：每个磁极谷区(5)方位角的磁环设置2-4个台阶。
3.如权利要求2所述的增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，其特征是：每个磁极谷区(5)方位角的磁环设置2个台阶，包括上台阶(2)和下台阶(3)，上台阶(2)的外径为50-100毫米、高度为100-200毫米，下台阶(3)的外径为80-160毫米、高度为100-200毫米。
4.如权利要求1-3任一项所述的增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构，其特征是：每个磁极峰区(1)头部表面两侧边缘处设置倒角(6)。
CN201610614950.2A 2016-07-29 2016-07-29 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构 Active CN106102300B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610614950.2A CN106102300B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610614950.2A CN106102300B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106102300A true CN106102300A (zh) 2016-11-09
CN106102300B CN106102300B (zh) 2019-01-29

Family

ID=57479562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610614950.2A Active CN106102300B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106102300B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107835556A (zh) * 2017-11-30 2018-03-23 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种回旋加速器中利用一次谐波调节粒子轨道对中的方法
CN108551717A (zh) * 2018-06-04 2018-09-18 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种回旋加速器中心区增强轴向聚焦的方法
WO2018193733A1 (ja) * 2017-04-18 2018-10-25 株式会社日立製作所 粒子線加速器および粒子線治療装置
CN110431920A (zh) * 2017-03-24 2019-11-08 京瓷株式会社 电磁场控制用部件
CN116170933A (zh) * 2023-01-09 2023-05-26 中国科学院近代物理研究所 用于应用型等时性回旋加速器的磁场装置
CN117279185A (zh) * 2023-09-15 2023-12-22 北京核力同创科技有限公司 一种回旋加速器芯柱磁铁一体化结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001217099A (ja) * 2000-02-03 2001-08-10 Sumitomo Heavy Ind Ltd 三次元形状キャビティ及びその製造方法
CN101697659A (zh) * 2009-11-06 2010-04-21 中国原子能科学研究院 回旋加速器采用连续曲面的等时性磁场精密垫补方法
JP2014160613A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン
JP2014186855A (ja) * 2013-03-22 2014-10-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン
CN205883690U (zh) * 2016-07-29 2017-01-11 中国原子能科学研究院 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001217099A (ja) * 2000-02-03 2001-08-10 Sumitomo Heavy Ind Ltd 三次元形状キャビティ及びその製造方法
CN101697659A (zh) * 2009-11-06 2010-04-21 中国原子能科学研究院 回旋加速器采用连续曲面的等时性磁场精密垫补方法
JP2014160613A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン
JP2014186855A (ja) * 2013-03-22 2014-10-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン
CN205883690U (zh) * 2016-07-29 2017-01-11 中国原子能科学研究院 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110431920A (zh) * 2017-03-24 2019-11-08 京瓷株式会社 电磁场控制用部件
CN110431920B (zh) * 2017-03-24 2021-05-25 京瓷株式会社 电磁场控制用部件
WO2018193733A1 (ja) * 2017-04-18 2018-10-25 株式会社日立製作所 粒子線加速器および粒子線治療装置
JP2018181687A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 株式会社日立製作所 粒子線加速器および粒子線治療装置
CN107835556A (zh) * 2017-11-30 2018-03-23 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种回旋加速器中利用一次谐波调节粒子轨道对中的方法
CN108551717A (zh) * 2018-06-04 2018-09-18 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种回旋加速器中心区增强轴向聚焦的方法
CN108551717B (zh) * 2018-06-04 2020-04-28 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种回旋加速器中心区增强轴向聚焦的方法
CN116170933A (zh) * 2023-01-09 2023-05-26 中国科学院近代物理研究所 用于应用型等时性回旋加速器的磁场装置
CN116170933B (zh) * 2023-01-09 2023-09-05 中国科学院近代物理研究所 用于应用型等时性回旋加速器的磁场装置
CN117279185A (zh) * 2023-09-15 2023-12-22 北京核力同创科技有限公司 一种回旋加速器芯柱磁铁一体化结构
CN117279185B (zh) * 2023-09-15 2024-04-26 国电投核力同创(北京)科技有限公司 一种回旋加速器芯柱磁铁一体化结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN106102300B (zh) 2019-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106102300A (zh) 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构
JP4713799B2 (ja) 等時性セクタ集束型サイクロトロンおよびそのサイクロトロンから荷電粒子を抽出する方法
CN108551717A (zh) 一种回旋加速器中心区增强轴向聚焦的方法
US9907153B2 (en) Compact cyclotron
CN205883690U (zh) 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构
JP6249542B2 (ja) 空間節約型サイクロトロン
CN106163073A (zh) 一种中能超导质子回旋加速器的束流引出方法
CN105357856B (zh) 一种医用质子同步加速器的注入装置及注入方法
EP3244709B1 (en) Gradient corrector for cyclotron
CN110430659B (zh) 一种矩形波导型船形谐振腔
CN109362172B (zh) 一种高能、强流交变梯度回旋加速器
CN114430606B (zh) 一种提高回旋加速器中心区聚焦力的螺旋型中心区结构
Mustapha et al. Electro-magnetic optimization of a quarter-wave resonator
CN105857647A (zh) 低速自旋空间非磁化金属碎片的加速消旋磁场的产生方法
CN106211540B (zh) 230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构
CN108307578A (zh) 一种采用组合型磁铁的质子同步加速器
CN204518206U (zh) 一种永磁束晕处理非线性磁铁
CN104763746A (zh) 一种低温超导飞轮用变间隙支承结构
CN206907735U (zh) 一种带电粒子圆磁透镜
Chuu et al. IBA-1 studies of strongly deformed nuclei near A= 150
CN114430607B (zh) 一种提高回旋加速器中心区聚焦力的螺旋型磁极结构
CN104684238A (zh) 一种永磁束晕处理非线性磁铁
CN104717824A (zh) 一种加速器用束晕处理非线性磁铁
CN114501770B (zh) 一种提高回旋加速器中心区聚焦力的螺旋型电极结构
CN204553559U (zh) 一种低温超导飞轮用变间隙支承结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant