CN108696981A - 一种用于辐照加速器的α磁铁 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电子辐照加速器的α磁铁，所述α磁铁包括磁铁回轭、磁铁上端板、磁铁下端板、上磁铁极头和下磁铁极头；所述磁铁回轭为矩形，磁铁上端板设于磁铁回轭的上方，磁铁下端板设于磁铁回轭的下方，使所述磁铁上端板、磁铁回轭及磁铁下端板形成C型结构；所述上磁铁极头固定于磁铁上端板的下方，所述下磁铁极头固定于磁铁下端板的上方，且上磁铁极头和下磁铁极头均与磁铁回轭之间留有间隙；在上磁铁极头和下磁铁极头的外侧安装有活动极头。

Description

一种用于辐照加速器的α磁铁
技术领域
本发明主要涉及民用非动力核技术领域，特别是一种用于辐照加速器的α磁铁。
背景技术
电子辐照加速器由加速腔、电子枪、高频功率源和偏转磁铁和聚焦磁铁等部分组成。电子束流经过加速腔加速获得了预期的能量后，需要用偏转磁铁控制其运动方向，使电子束流由水平方向变为垂直向下射出，以实现对样品的辐照扫描。磁铁除了对电子束流起到偏转作用外，还要保证电子束团的包络在可控大小之内，不会散开。
常规的方法是利用三块90度偏转磁铁(或用美国专利4389572(1983,1)所述的两块磁铁)，它们都能做到在最后一块磁铁出口处完成束流传输的双向消色散(Doublyachromatic)作用，这在医用加速器中是必须的(医疗需要很小的束流斑点)，而在辐照加工中，束流斑点过小是个缺点(不利于剂量的均匀性)。对辐照束斑的要求是，只要能安全通过扫描盒窗口，束斑为圆形或接近圆形即可，而束斑较大会有利于剂量的均匀分布。因此，辐照加速器应有别于医用加速器的设计，应根据自身情况作出最佳的设计方案。
因鉴于此，特提出此发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电子辐照加速器中的，采用单块磁铁完成电子束流的α回转。
为了实现上述目的，本发明提供的一种用于辐照加速器的α磁铁，所述α磁铁包括磁铁回轭、磁铁上端板、磁铁下端板、上磁铁极头和下磁铁极头；
所述磁铁回轭为矩形，磁铁上端板设于磁铁回轭的上方，磁铁下端板设于磁铁回轭的下方，使所述磁铁上端板、磁铁回轭及磁铁下端板形成C型结构；
所述上磁铁极头固定于磁铁上端板的下方，所述下磁铁极头固定于磁铁下端板的上方，且上磁铁极头和下磁铁极头均与磁铁回轭之间留有间隙；
在上磁铁极头和下磁铁极头的外侧安装有活动极头。
优选地，在所述上磁铁极头和下磁铁极头的两侧还设有极头垫补台。
优选地，所述α磁铁的磁铁回轭、磁铁上端板、磁铁下端板、上磁铁极头、下磁铁极头、活动极头均采用电工纯铁材料制成。
优选地，所述上磁铁极头为带张角的矩形结构。
优选地，所述下磁铁极头为带张角的矩形结构。
优选地，所述活动极头采用可替换结构。
优选地，在磁铁的上磁铁极头与磁铁回轭之间间隙的位置设有上磁铁励磁线圈，在磁铁的下磁铁极头与磁铁回轭之间间隙的位置设有下磁铁励磁线圈。
本发明提供的α磁铁，具有如下有益效果：
采用C型回转结构，便于真空盒的安装，同时可通过更换活动极头的方式来调整电子束流的轨道；在上磁铁极头和下磁铁极头的边缘两侧设有极头垫补台，以提高磁场的均匀度；上磁铁极头和下磁铁极头为带张角的矩形结构，可以对电子束流进行边缘聚焦，避免束流扩散；励磁线圈分别安装在磁铁上端板和磁铁下端板上，节省了束流入口处的空间，避免了与其它加速器元件的干涉；同时以单个α磁铁取代三台90度偏转磁铁，节省了磁铁制造成本，减少了磁铁支架的数量和规模，节省了空间，减小了水冷的复杂性。
附图说明
图1为本发明提供的α磁铁结构示意图。
图2为本发明提供的α磁铁电子束流轨道示意图。
图3为医用加速器偏转磁铁结构示意图。
图中：
1.α磁铁 2.磁铁上端板 3.磁铁下端板 4.上磁铁励磁线圈 5.下磁铁励磁线圈6.下磁铁极头 7.活动极头 8.极头垫补台 9.磁铁回轭
具体实施方式
请参考图1和图2，本发明实施例提供了一种用于辐照加速器的α磁铁，通过单块该磁铁即可完成电子束流的270°的偏转，从而可以使电子束流从水平方向回转到垂直方向向下。
为了实现上述目的，本发明提供了一种辐照加速器的α磁铁，所述α磁铁1包括磁铁回轭9、磁铁上端板2、磁铁下端板3、上磁铁极头(图中未示出)和下磁铁极头6。
所述磁铁回轭9为矩形，磁铁上端板2设于磁铁回轭9的上方，磁铁下端板3设于磁铁回轭9的下方，使所述磁铁上端板2、磁铁回轭9及磁铁下端板3形成C型结构。
该C型结构的中部的间隙便于容纳束流真空盒并为电子束流的回转留出足够的空间。
所述上磁铁极头固定于磁铁上端板的下方，所述下磁铁极头6固定于磁铁下端板3的上方，且上磁铁极头和下磁铁极头6均与磁铁回轭9之间留有间隙，该间隙用于安装励磁线圈。
在磁铁上端板2的上磁铁极头与磁铁回轭9之间间隙的位置设有上磁铁励磁线圈4，在磁铁下端板3的下磁铁极头与磁铁回轭之间间隙的位置设有下磁铁励磁线圈5。所述上磁铁励磁线圈4和下磁铁励磁线圈5在通电后可使上磁铁极头和下磁铁极头6之间产生磁场，通过调节磁铁上磁铁励磁线圈4和下磁铁励磁线圈5的电流的强度，便可以调节上磁铁极头3和下磁铁极头6之间的磁场强度，从而对进入该磁场的电子束流的轨道进行调节。
在磁铁上极头和下极头前端分别安装有活动极头。在本实施例中，活动极头7采用可更换设计，即活动极头具有多种不同的规格，通过更换不同规格的活动极头7来调整电子束流入射的边沿角β(如图2所示)。
进一步的，在本实施例中上磁铁极头和下磁铁极头6均被设计成为带张角的矩形结构，可以对电子束进行边缘聚焦，避免束流扩散。
更进一步的，在所述上磁铁极头和下磁铁极头6的两侧还设有极头垫补台8。极头垫补台8可用于提高磁场的均匀程度。
在本实施例中，α磁铁的磁铁回轭、磁铁上端板、磁铁下端板、上磁铁极头、下磁铁极头、活动极头均采用电工纯铁材料制成。
束流传输的矩阵方程可表示为：
[X]＝[D1][β][θ][β][D2][X0] (1)
[Y]＝[D1][β][θ][β][D2][Y0] (2)
其中，X0和Y0为束流包络起点坐标，X和Y为束流经过某一磁铁元件后的束流包络坐标，[D1]、][D2]代表磁铁进口端和出口端的漂移节作用矩阵，θ代表偏转磁铁的偏转角，[θ]代表偏转磁铁的作用矩阵，β代表磁铁边沿角，[β]代表边沿角的作用矩阵。
在医用加速器中，为了达到双向消色散(即X＝X0，Y＝Y0)，需要多个调节量，因此必须把磁铁分成2或3块，每块磁铁之间安排有一段漂移节，即增加了几个[D]矩阵(如图3所示)。另外，各磁铁还可以有不同的边沿角，即不同的[β]矩阵，经过调节参数大小，就能满足双向消色散要求。
辐照用束流偏转后不需要双向消色散，只需X和Y方向的束流尺寸大小能安全通过扫描盒窗口，且X≈Y即可，因此只调整[β]矩阵即可达到目的。
[β]矩阵的具体形式是：
其中，β是磁铁边沿角(即注入轨道与磁铁端面法线的夹角)，ρ0是偏转半径，ψ是一修正项，可忽略不计。
因此，通过改变β大小，就可以得到合适的X和Y，且满足X≈Y。
本发明提供的α磁铁在使用前，需要先测定需要本磁铁偏转的电子束流的能量，根据能量计算出所需的磁场强度和要求的回转半径，之后根据所述参数设计磁场，并以此对α磁铁进行加工。
之后将磁铁正确安装到相应位置，如需要调节电子束流的运行轨道，即通过更换活动极头来进行调整。
在本发明实施例中，α磁铁的磁场通过上磁铁励磁线圈和下磁铁励磁线圈产生，但是应当注意的是，α磁铁的磁场也可以通过永久磁铁或超导磁铁来实现。
本发明提供的α磁铁也可以用于其它结构的加速器中，无论是电子加速器，质子加速器或重离子加速器。
应当注意的是，在其它的一些实施例中，通过更换不同的活动极头以调节β角，达到调节电子束流经α回转后出射方向的目的，以提升本产品的适用范围。
本发明提供的α磁铁，为C型回转结构，便于真空盒的安装，同时可通过更换活动极头的方式来调整电子束流的轨道；在上磁铁极头和下磁铁极头的边缘两侧设有极头垫补台，以改善磁场的均匀度；上磁铁极头和下磁铁极头为带张角的矩形结构，可以对电子束流进行边缘聚焦，避免束流扩散；励磁线圈分别安装在磁铁上端板和磁铁下端板上，节省了束流入口位置的空间，避免了与其它加速器元件的干涉；同时以单个α磁铁取代三台90度偏转磁铁，节省了磁铁制造成本，减少了磁铁支架的数量和规模，节省了空间，减小了水冷的复杂性。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其它改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于辐照加速器的α磁铁，其特征在于，所述α磁铁包括磁铁回轭、磁铁上端板、磁铁下端板、上磁铁极头和下磁铁极头；
所述磁铁回轭为矩形，磁铁上端板设于磁铁回轭的上方，磁铁下端板设于磁铁回轭的下方，使所述磁铁上端板、磁铁回轭及磁铁下端板形成C型结构；
所述上磁铁极头固定于磁铁上端板的下方，所述下磁铁极头固定于磁铁下端板的上方，且上磁铁极头和下磁铁极头均与磁铁回轭之间留有间隙；
在上磁铁极头和下磁铁极头的外侧安装有活动极头。
2.根据权利要求1所述的α磁铁，其特征在于，在所述上磁铁极头和下磁铁极头的两侧还设有极头垫补台。
3.根据权利要求2所述的α磁铁，其特征在于，所述α磁铁的磁铁回轭、磁铁上端板、磁铁下端板、上磁铁极头、下磁铁极头、活动极头均采用电工纯铁材料制成。
4.根据权利要求1所述的α磁铁，其特征在于，所述上磁铁极头为带张角的矩形结构。
5.根据权利要求1所述的α磁铁，其特征在于，所述下磁铁极头为带张角的矩形结构。
6.根据权利要求1所述的α磁铁，其特征在于，所述活动极头采用可替换结构。
7.根据权利要求1所述的α磁铁，其特征在于，在磁铁的上磁铁极头与磁铁回轭之间间隙的位置设有上磁铁励磁线圈，在磁铁的下磁铁极头与磁铁回轭之间间隙的位置设有下磁铁励磁线圈。
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