CN109462931A - 一种带牙口的扫描磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带牙口的扫描磁铁，该扫描磁铁能够减小扫描磁铁的横向尺寸占用面积，降低加速器自屏蔽材料的重量，同时在磁铁上设置牙口，可以保障磁场分布的均匀性。该牙口结构可以设置在C型结构、H型结构或框型结构的扫描磁铁上。

Description

一种带牙口的扫描磁铁

技术领域

本申请所涉及一种带电粒子加速器，更特别地涉及一种加速器中用的带牙口的扫描磁铁。

背景技术

从加速器中输出的粒子束一般是一个小束斑的笔形束，而对束流和很多应用情况是需要一个很大的辐照范围，为此需要用扫描磁铁将束流扫开。传统的扫描磁铁是磁间隙的间距较大，特别是强流大束团的情况。为了保证扫描的均匀性，磁极的宽度需要很大，这必然导致整个扫描磁铁的尺寸很大。在加速器自屏蔽的应用场合，大尺寸的扫描磁铁所需要的屏蔽材料的体积和重量必然很大，这就使得自屏蔽加速器的车载安装变得困难。

发明内容

本发明针对上述问题，本发明提出一种带牙口的扫描磁铁。

根据本发明的一种带牙口的扫描磁铁，其特征在于包括磁极、铁轭、磁间隙、励磁线圈和牙口，其中所述磁极包括上下相对的两个对应表面，所述磁间隙为所述两个磁极对应表面之间的间隙，所述磁极与所述铁轭固定连接，所述励磁线圈缠绕在所述磁极上，所述牙口沿着所述磁极的长度方向，以向外突出的长条形结构设置在所述上下相对的两个对应表面上。

根据本发明的另一种带牙口的扫描磁铁包括磁极、铁轭、励磁线圈和牙口，其中所述铁轭包括上下相对的两个对应表面，所述磁极与所述铁轭固定连接，所述励磁线圈缠绕在所述铁轭上，所述牙口沿着所述铁轭的长度方向，以向外突出的长条形结构设置在所述上下相对的两个对应表面上。

优选地，所述牙口的横截面为三角形。

优选地，上下对应表面上牙口的数量是相同的，且上下对应表面上牙口的设置上下镜像对称设置。

优选地，牙口在每一个对应表面上数量相同，且左右对称和上下对称。

优选地，所述磁铁的磁极和铁轭一体成形为C形，所述C形其开口相对的两个部分形成为用作磁极的部分，而所述C形非开口部分用作铁轭的部分，所述励磁线圈缠绕在所述C形其开口相对的两个部分上。

优选地，所述C形磁铁在同一磁极上的牙口为非对称的，以便获得均匀的磁场分布。

根据本发明的又一种带牙口的扫描磁铁，其特征在于所述磁铁为框形结构，磁极和铁轭一体成型，形成四条边的框形结构，在所述框形结构的相对两边上缠绕励磁线圈，用作铁轭，而另外两个相对的框形边，则不缠绕励磁线圈，形成作为磁极的部分，框形结构的内部空间则形成所述磁间隙。所述牙口则沿着框形结构的宽度设置在未缠绕有励磁线圈的两个框形边上，牙口相对于框形的中心点左右对称和上下对称。

本发明的优点在于首先缩小了扫描磁铁的磁极宽度AB，同时采用牙口结构提高磁铁边缘的磁场值，改善磁场分布的均匀性，这样就可以在缩小磁铁尺寸和维持磁间隙不变的前提下，获得满足均匀度要求的扫描磁场分布，同时磁铁的重量也大大减轻。牙口的尖部是磁场集中高场区，一般是磁极的其它区域或磁间隙3磁场值的3-5倍。由于扫描磁场所需要的磁场值一般不超过1000Gauss，铁心材料的饱和磁场高于10000Gauss，因此牙口的尖部不会产生磁场的饱和。这样在扫描过程中，不会随扫描磁场的变化而使磁场的均匀性发生变化，从而可以保障扫描的均匀性，并在工程上具备可行性。

附图说明

图1为H形扫描磁铁结构示意图。

图2为根据本发明实施方式的带牙口的C型扫描磁铁结构及磁场分布示意图。

图3为根据本发明实施方式的带牙口的C型扫描磁铁磁场分布曲线。

图4为根据本发明实施方式的带牙口的框型结构扫描磁铁。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

本发明的研发原理是首先缩小扫描磁铁的磁极宽度AB，再采用牙口结构提高磁铁边缘的磁场值，改善磁场分布的均匀性，这样就可以在缩小磁铁尺寸和维持图3中磁间隙3不变的前提下，获得满足均匀度要求的扫描磁场分布，同时磁铁的重量电大大减轻。牙口的尖部是磁场集中高场区，一般是磁极的其它区域或磁间隙3磁场值的3-5倍。由于扫描磁场所需要的磁场值一般不超过1000Gauss，铁心材料的饱和磁场高于10000Gauss，因此牙口的尖部不会产生磁场的饱和。这样在扫描过程中，不会随扫描磁场的变化而使磁场的均匀性发生变化，从而可以保障扫描的均匀性，并在工程上具备可行性。

具体来说，根据本发明的扫描磁铁是在图1中所示的常规H型扫描磁铁基础上进行改进的，通常根据本发明的扫描磁铁包括磁极1、铁轭2、磁间隙3、励磁线圈4和牙口(图1中未示出)。磁极成对对称设置，且包括上下相对的两个对应表面，磁间隙3为两个对应表面之间的间隙。而磁极1与铁轭2固定连接，励磁线圈4缠绕在磁极上。牙口沿着磁极的长度方向以条状形式设置在磁极的上下对应表面上，而磁极的长度方向指垂直于纸面的方向，也可以理解为垂直于磁力线的方向。牙口的数量和布置位置需要根据磁场分布的对称性进行确定。一般来说，上下对应表面上，牙口的数量相同，布置的位置为上下呈镜像的对称关系，其设置的最终目的是通过牙口的数量和位置，在磁间隙3内形成尽量均匀的磁场分布。

通常来说，磁极是指用于在自由空间产生磁场的磁铁的突出部分，磁极上可以缠绕线包，也可以不缠绕线包。

根据本发明的另一个实施方式，励磁线圈缠绕在铁轭上。在该实施方式中，牙口沿着铁轭的长度方向，以向外突出的长条形结构设置在铁轭的上下相对的两个对应表面上。

其中，牙口是突出磁极面的长条形结构，突出平面的横截面一般可采用三角形结构。

进一步地，磁极除了图1所示的常规形式，也可以采用如图2所示的C形磁铁。图2仅示出了根据本发明第二实施方式的扫描磁极结构的一半。在采用C形磁铁时，磁极1和铁轭2形成为一体，C形开口相对的两个部分形成为磁极1，而C形非开口部分作为铁轭2，励磁线圈4缠绕在C形开口相对的两个部分上。带电粒子在磁铁间隙3内垂直纸面运动。由于C型结构关于磁极1的中心线左右不对称，从其磁力线6的分布形状也可以看出这种不对称性，需要通过调整牙口5的位置、形状和数量进而形成不对称性来补偿磁铁间隙3内的磁场分布，形成对称性。C形磁铁在同一磁极上的牙口为左右非对称的，以便获得均匀的磁场分布，其中左右非对称是指，单个磁极表面上的多个牙口相对于磁极竖直的对称面非对称。

而根据本发明的磁极，在缩小磁极1的宽度尺寸和铁轭2的尺寸后，整个磁铁的横向尺寸占用面积可以减小为传统扫描磁铁的四分之一。图3所示的磁场分布曲线显示，在中心区的3cm范围内，不均匀度降低了一倍左右。且根据本发明第二实施方式所采用的C型磁铁结构的优点是安装拆卸方便。

更进一步地，为了提高磁场的对称性，更优化的方法是采用对称结构的磁铁，如图1所示的结构和框型结构(参见图4)。在图1所示的传统结构的扫描磁铁的基础上，为了获得更好的磁场分布均匀性和更小的尺寸，首先减小磁极1的宽度(也即图1中A和B两点之间的间距)并在磁极相对的两面增加多个牙口。

而根据图4的实施方式可知，采用了框形结构，也即磁极和铁轭一体，形成一个四条边的框形结构。在该框形结构相对两边如图4中附图标记2所示的两边，缠绕励磁线圈4，由此形成作为铁轭的部分，而另外两个相对的框形边2’，不缠绕励磁线圈，用作磁极。牙口则设置在未缠绕有励磁线圈的框形边2’上。这种一体式框形扫描磁铁，可进一步将磁铁横向尺寸占用面积减小为六分之一左右，并且可以形成对称的磁场分布。在本实施方式中，牙口的设置方式通常是上下对称和左右对称设置在用作铁轭的框形边2’上，并沿着框形结构的宽度(垂直于纸面方向)设置。如图4中所述，也如本领域技术人员可以预见，铁轭2’上下两边上的牙口，其设置数量相等，且设置位置是镜像相对设置的。

另外，前述本发明中的牙口5均以直的条状形式出现。

但根据所需的磁场分布以及具体扫描要求，牙口也可以为弧形条状，或者是直线条状或者弧形条状的组合，比如从垂直于上下对应表面的角度看，也可以是五角星、六边形、圆形、椭圆形等分布图案。

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。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种带牙口的扫描磁铁，其特征在于包括磁极、铁轭、磁间隙、励磁线圈和牙口，其中所述磁极包括上下相对的两个对应表面，所述磁间隙为所述两个磁极对应表面之间的间隙，所述磁极与所述铁轭固定连接，所述励磁线圈缠绕在所述磁极上，所述牙口沿着所述磁极的长度方向，以向外突出的长条形结构设置在所述上下相对的两个对应表面上。

2.一种带牙口的扫描磁铁，其特征在于包括磁极、铁轭、励磁线圈和牙口，其中所述铁轭包括上下相对的两个对应表面，所述磁极与所述铁轭固定连接，所述励磁线圈缠绕在所述铁轭上，所述牙口沿着所述铁轭的长度方向，以向外突出的长条形结构设置在所述上下相对的两个对应表面上。

3.根据权利要求1或2所述的扫描磁铁，其特征在于：所述牙口的横截面为三角形。

4.根据权利要求1或2所述的扫描磁铁，其特征在于：上下对应表面上牙口的数量是相同的，且上下对应表面上牙口的设置上下镜像对称设置。

5.根据权利要求1或2所述的扫描磁铁，其特征在于：牙口在每一个对应表面上数量相同，且左右对称和上下对称。

6.根据权利要求1所述的扫描磁铁，其特征在于：所述磁铁的磁极和铁轭一体成形为C形，所述C形其开口相对的两个部分形成为用作磁极的部分，而所述C形非开口部分用作铁轭的部分，所述励磁线圈缠绕在所述C形其开口相对的两个部分上。

7.根据权利要求6所述的扫描磁铁，其特征在于：所述C形磁铁在同一磁极上的牙口为非对称的，以便获得均匀的磁场分布。

8.一种带牙口的扫描磁铁，其特征在于：所述磁铁为框形结构，磁极和铁轭一体成型，形成四条边的框形结构，在所述框形结构的相对两边上缠绕励磁线圈，用作铁轭，而另外两个相对的框形边，则不缠绕励磁线圈，形成作为磁极的部分，框形结构的内部空间则形成所述磁间隙。所述牙口则沿着框形结构的宽度设置在未缠绕有励磁线圈的两个框形边上，牙口相对于框形的中心点左右对称和上下对称。