CN110430657B - 内注入式超导回旋加速器中心区分体分层式磁铁塞块结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内注入式超导回旋加速器中心区分体分层式磁铁塞块结构，该磁铁塞块结构包括磁铁结构上与磁铁结构下，且磁铁结构上和磁铁结构下关于中平面镜像对称，所述磁铁结构下包括磁铁本体下主体，磁铁结构上包括磁铁本体上主体，所述磁铁本体下主体上安装有磁铁定位销、磁铁本体下分体、定位销螺塞和螺栓。可以在兼顾磁测系统和离子源的安装运行的前提下，使磁铁结构关于中平面镜像对称，从而为中心区提供合适的Bump磁场，实现增强粒子的轴向聚焦，降低束流损失率的目标；该结构能实现快速准确的安装与拆卸，重复定位精度高，为磁场测试以及离子源头部的调节与更换提供了极大的便利。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁铁塞块结构，具体涉及内注入式超导回旋加速器中心区分体分层式磁铁塞块结构，属于超导回旋加速器应用领域。
背景技术
在超导回旋加速器中，粒子的轴向聚焦靠磁场调变度和螺旋角提供。在中心区，调变度和螺旋角较小，不足以提供足够的轴向聚焦，需要靠电场和凸包形磁场（Bump磁场）提供的聚焦补偿。其中Bump磁场是可以通过一些特殊的磁铁结构构造，但是满足Bump磁场要求的磁铁结构很难同时保证Bz磁测系统和离子源的安装要求，且在磁测过程中会涉及到频繁的安装与拆卸磁铁结构，故设计一种满足Bump磁场要求的且可以兼顾磁测系统和离子源安装用的分离式磁铁结构是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供内注入式超导回旋加速器中心区分体分层式磁铁塞块结构，可以在中心区构造出合适的Bump磁场，增强粒子的轴向聚焦，并且可以兼顾磁测系统和离子源的安装与调试。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
内注入式超导回旋加速器中心区分体分层式磁铁塞块结构，该磁铁塞块结构包括磁铁结构上与磁铁结构下，且磁铁结构上和磁铁结构下关于中平面镜像对称，所述磁铁结构下包括磁铁本体下主体，磁铁结构上包括磁铁本体上主体，所述磁铁本体下主体上安装有磁铁定位销、磁铁本体下分体、定位销螺塞和螺栓。
所述磁铁本体下主体包括中间的圆柱形磁铁和四组磁铁凸台，且四组凸台均匀竖直连接在圆柱形磁铁的外部，其中两个相对的凸台上部设置有柱形沉孔，安装螺栓安装在柱形沉孔的内部，另外两个相对的凸台上端是螺纹孔下端是通孔，通孔内安装有磁铁定位销，螺纹孔安装定位销螺塞，所述磁铁本体下主体内部中端设置有一“8”字形孔，“8”字形孔向下方延伸且呈两层设置，所述磁铁本体下主体的内部通过“8”字形孔安装有磁铁本体下分体，所述磁铁本体下分体的内部安装有测试调节组件。
所述磁铁本体下主体通过磁铁定位销和螺栓连接主磁铁下螺旋形磁极。
优选的，所述磁铁本体下分体的外轮廓是“8”字形，中间设计有一个与外轮廓等距的“8”字形孔。
优选的，所述测试调节组件为磁测杆，磁测杆从上方插入安装在磁铁本体下主体和磁铁本体下分体的内部。
优选的，所述磁测杆的外部连接有定位塞块，定位塞块通过“8”字形孔安装在磁铁本体下主体的内部，且底部与磁铁本体下分体的上部抵接。
优选的，所述测试调节组件为离子源头部，离子源头部从底部插入安装在磁铁本体下主体和磁铁本体下分体的内部。
优选的，所述磁铁本体下主体的两层“8”字形孔中心距均为L0毫米，L0为18，靠近中平面的“8”字形孔半径为r2毫米，r2为23，远离中平面的“8”字形孔半径为r1毫米，r1为20；磁铁本体下分体的“8”字形外轮廓中心距为L0毫米，半径为r2毫米，中间“8”字形孔中心距为L0毫米，半径为r0毫米，r0为14。
优选的，所述磁铁定位销、定位销螺塞和螺栓上均设置有放气槽或孔。
优选的，在所述主磁铁下螺旋形磁极半径r3范围内设置厚度为h1毫米的圆柱形磁铁，r3为37，h1为35，在主磁铁下螺旋形磁极半径r3-r4范围内设置厚度为h2毫米的四个磁铁凸台，凸台轮廓与主磁铁下螺旋形磁极的末端一致，r4为55，h2为53。
优选的，所述磁铁定位销、定位销螺塞和螺栓的材质与磁铁本体上和磁铁本体下的材质均相同。
优选的，该磁铁塞块结构使用的具体步骤包括：
步骤一：将磁铁本体下主体垂直放置到主磁铁下螺旋形磁极的槽中，磁铁定位销的底端插入到主磁铁下螺旋形磁极的内部，确定磁铁本体下主体与主磁铁下螺旋形磁极的相对位置，在螺纹孔的内部安装定位销螺塞，并拧动螺栓，螺栓的底部进入主磁铁下螺旋形磁极的内部，主磁铁下螺旋形磁极与磁铁本体下主体固定安装；
步骤二：使用磁测系统时，将磁测杆从磁铁本体下分体的内部贯穿，并将定位塞块套装在磁测杆的外部，然后整体从上往下安装至磁铁本体下主体的内部，磁测杆的底端从磁铁本体下主体中间的“8”字形孔中穿过，定位塞块与磁铁本体下主体内部上端的“8”字形孔卡接；
步骤三：使用离子源头部时，将离子源头部的上端从磁铁本体下主体底部向上插入，并通过“8”字形孔贯穿磁铁本体下主体和磁铁本体下分体，离子源头部的底部固定在磁铁本体下主体的内部。
本发明的有益效果：
本发明可以在兼顾磁测系统和离子源的安装运行的前提下，使磁铁结构关于中平面镜像对称，从而为中心区提供合适的Bump磁场，实现增强粒子的轴向聚焦，降低束流损失率的目标；该结构能实现快速准确的安装与拆卸，重复定位精度高，为磁场测试以及离子源头部的调节与更换提供了极大的便利。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的三维爆炸结构示意图。
图2为本发明磁铁本体下和主磁铁下螺旋形磁极以及Bz磁测系统的安装连接示意图。
图3为本发明图2中沿A-A向的剖视图。
图4为本发明图2中沿B-B向的剖视图。
图5为本发明磁铁本体下和主磁铁下螺旋形磁极以及离子源头部的安装连接示意图。
图6为本发明图5中沿C-C向的剖视图。
图7为本发明磁铁结构的Bump磁场图。
图中：1、磁铁本体下主体；2、磁铁本体下分体；3、磁铁本体上主体；4、磁铁定位销；5、定位销螺塞；6、螺栓；7、主磁铁下螺旋形磁极；8、磁测杆；9、定位塞块；10、离子源头部。
实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7所示，内注入式超导回旋加速器中心区分体分层式磁铁塞块结构，该磁铁塞块结构包括磁铁结构上与磁铁结构下，且磁铁结构上和磁铁结构下关于中平面镜像对称，磁铁结构下包括磁铁本体下主体1，磁铁结构上包括磁铁本体上主体3，磁铁本体下主体1上安装有磁铁定位销4、磁铁本体下分体2、定位销螺塞5和螺栓6；
磁铁本体下主体1包括中间的圆柱形磁铁和四组磁铁凸台，且四组凸台均匀竖直连接在圆柱形磁铁的外部，其中两个相对的凸台上部设置有柱形沉孔，安装螺栓6安装在柱形沉孔的内部，另外两个相对的凸台上端是螺纹孔下端是通孔，通孔内安装有磁铁定位销4，螺纹孔安装定位销螺塞5，磁铁本体下主体1内部中端设置有一“8”字形孔，“8”字形孔向下方延伸且呈两层设置，磁铁本体下主体1的内部通过“8”字形孔安装有磁铁本体下分体2，磁铁本体下分体2的内部安装有测试调节组件；
磁铁本体下主体1通过磁铁定位销4和螺栓6连接主磁铁下螺旋形磁极7。
磁铁本体下分体2的外轮廓是“8”字形，中间设计有一个与外轮廓等距的“8”字形孔，外轮廓呈“8”字形方便卡接安装在磁铁本体下主体1的内部。
测试调节组件为磁测杆8，磁测杆8从上方插入安装在磁铁本体下主体1和磁铁本体下分体2的内部，磁测杆8可以形成Bump磁场测试系统。
磁测杆8的外部连接有定位塞块9，定位塞块9通过“8”字形孔安装在磁铁本体下主体1的内部，且底部与磁铁本体下分体2的上部抵接，定位塞块9进入到磁铁本体下主体1的内部上端“8”字形孔中，对磁测杆8进行位置固定。
测试调节组件为离子源头部10，离子源头部10从底部插入安装在磁铁本体下主体1和磁铁本体下分体2的内部，离子源头部10的底端不能穿过磁铁本体下主体1，方便对离子源头部10的进行安装固定。
磁铁本体下主体1的两层“8”字形孔中心距均为L0毫米，靠近中平面的“8”字形孔半径为r2毫米，远离中平面的“8”字形孔半径为r1毫米；磁铁本体下分体2的“8”字形外轮廓中心距为L0毫米，半径为r2毫米，中间“8”字形孔中心距为L0毫米，半径为r0毫米。
磁铁定位销4、定位销螺塞5和螺栓6上均设置有放气槽或孔，便于内注入式超导回旋加速器中心区提高真空度。
在主磁铁下螺旋形磁极7半径r3范围内设置厚度为h1毫米的圆柱形磁铁，在主磁铁下螺旋形磁极7半径r3-r4范围内设置厚度为h2毫米的四个磁铁凸台，凸台轮廓与主磁铁下螺旋形磁极7的末端一致。将磁铁本体下主体垂直放入主磁铁螺旋形磁极上的凹槽中时，凸台与凹槽刚好吻合，安装稳定。
磁铁定位销4、定位销螺塞5和螺栓6的材质与磁铁本体上和磁铁本体下的材质均相同，保证Bump磁场随半径增大均匀变化。定位销螺塞5的设计是为了防止磁铁定位销4在受自身重力、电磁力和抽真空时发生脱落，螺栓6的型号选择需根据磁铁本体下主体1所受的电磁力大小来确定。
该磁铁塞块结构使用的具体步骤包括：
步骤一：将磁铁本体下主体1垂直放置到主磁铁下螺旋形磁极7的槽中，磁铁定位销4的底端插入到主磁铁下螺旋形磁极7的内部，确定磁铁本体下主体1与主磁铁下螺旋形磁极7的相对位置，在螺纹孔的内部安装定位销螺塞5，并拧动螺栓6，螺栓6的底部进入主磁铁下螺旋形磁极7的内部，主磁铁下螺旋形磁极7与磁铁本体下主体1固定安装；
步骤二：使用磁测系统时，将磁测杆8从磁铁本体下分体2的内部贯穿，并将定位塞块9套装在磁测杆8的外部，然后整体从上往下安装至磁铁本体下主体1的内部，磁测杆8的底端从磁铁本体下主体1中间的“8”字形孔中穿过，定位塞块9与磁铁本体下主体1内部上端的“8”字形孔卡接；
步骤三：使用离子源头部10时，将离子源头部10的上端从磁铁本体下主体1底部向上插入，并通过“8”字形孔贯穿磁铁本体下主体1和磁铁本体下分体2，离子源头部10的底部固定在磁铁本体下主体1的内部。
本发明在使用时，将磁铁本体下主体1垂直放置到主磁铁下螺旋形磁极7的槽中，磁铁定位销4的底端插入到主磁铁下螺旋形磁极7的内部，确定磁铁本体下主体1与主磁铁下螺旋形磁极7的相对位置，在螺纹孔的内部安装定位销螺塞5，并拧动螺栓6，螺栓6的底部进入主磁铁下螺旋形磁极7的内部，主磁铁下螺旋形磁极7与磁铁本体下主体1固定安装。通过磁铁定位销4确定磁铁本体下主体1与主磁铁下螺旋形磁极7的相对位置，利用定位销螺塞5和螺栓6进行固定，达到快速便捷安装和拆卸且重复定位精度高的目的。
使用磁测系统时，将磁测杆8从磁铁本体下分体2的内部贯穿，并将定位塞块9套装在磁测杆8的外部，然后整体从上往下安装至磁铁本体下主体1的内部，磁测杆8的底端从磁铁本体下主体1中间的“8”字形孔中穿过，定位塞块9与磁铁本体下主体1内部上端的“8”字形孔卡接。利用定位塞块9将磁测杆8固定在从磁铁本体下主体1的内部，使用中不易晃动脱落；
使用离子源头部10时，将离子源头部10的上端从磁铁本体下主体1底部向上插入，并通过“8”字形孔贯穿磁铁本体下主体1和磁铁本体下分体2，离子源头部10的底部固定在磁铁本体下主体1的内部磁铁结构下设计成磁铁本体下主体1和磁铁本体下分体2，兼顾Bz磁测系统和离子源的安装运行的前提下，使磁铁结构上与磁铁结构下关于中平面镜像对称，从而为提供中心区合适的Bump磁场。磁铁本体下主体1和磁铁本体下分体2的结构可以满足离子源头部10更加方便地的安装与拆卸要求，且保证离子源头部10与磁铁本体下主体1和磁铁本体下分体2之间的间距均在合理范围内。磁铁塞块结构的材质可根据磁场测试的结果更换成磁性更强或者更弱的材质，从而改变Bump磁场的大小。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (1)
1.内注入式超导回旋加速器中心区分体分层式磁铁塞块结构，其特征在于，该磁铁塞块结构包括磁铁结构上与磁铁结构下，且磁铁结构上和磁铁结构下关于中平面镜像对称，所述磁铁结构下包括磁铁本体下主体（1），磁铁结构上包括磁铁本体上主体（3），所述磁铁本体下主体（1）上安装有磁铁定位销（4）、磁铁本体下分体（2）、定位销螺塞（5）和螺栓（6）；
所述磁铁本体下主体（1）包括中间的圆柱形磁铁和四组磁铁凸台，且四组凸台均匀竖直连接在圆柱形磁铁的外部，其中两个相对的凸台上部设置有柱形沉孔，安装螺栓（6）安装在柱形沉孔的内部，另外两个相对的凸台上端是螺纹孔下端是通孔，通孔内安装有磁铁定位销（4），螺纹孔安装定位销螺塞（5），所述磁铁本体下主体（1）内部中端设置有一“8”字形孔，“8”字形孔向下方延伸且呈两层设置，所述磁铁本体下主体（1）的内部通过“8”字形孔安装有磁铁本体下分体（2），所述磁铁本体下分体（2）的内部安装有测试调节组件；
所述磁铁本体下主体（1）通过磁铁定位销（4）和螺栓（6）连接主磁铁下螺旋形磁极（7）；
所述磁铁本体下分体（2）的外轮廓是“8”字形，中间设计有一个与外轮廓等距的“8”字形孔；
所述测试调节组件为磁测杆（8），磁测杆（8）从上方插入安装在磁铁本体下主体（1）和磁铁本体下分体（2）的内部；
所述磁测杆（8）的外部连接有定位塞块（9），定位塞块（9）通过“8”字形孔安装在磁铁本体下主体（1）的内部，且底部与磁铁本体下分体（2）的上部抵接；
所述测试调节组件为离子源头部（10），离子源头部（10）从底部插入安装在磁铁本体下主体（1）和磁铁本体下分体（2）的内部；
所述磁铁本体下主体（1）的两层“8”字形孔中心距均为L0毫米，靠近中平面的“8”字形孔半径为r2毫米，远离中平面的“8”字形孔半径为r1毫米；磁铁本体下分体（2）的“8”字形外轮廓中心距为L0毫米，半径为r2毫米，中间“8”字形孔中心距为L0毫米，半径为r0毫米；
所述磁铁定位销（4）、定位销螺塞（5）和螺栓（6）上均设置有放气槽或孔；
在所述主磁铁下螺旋形磁极（7）半径r3范围内设置厚度为h1毫米的圆柱形磁铁，在主磁铁下螺旋形磁极（7）半径r3-r4范围内设置厚度为h2毫米的四个磁铁凸台，凸台轮廓与主磁铁下螺旋形磁极（7）的末端一致；
所述磁铁定位销（4）、定位销螺塞（5）和螺栓（6）的材质与磁铁本体上和磁铁本体下的材质均相同；
该磁铁塞块结构使用的具体步骤包括：
步骤一：将磁铁本体下主体（1）垂直放置到主磁铁下螺旋形磁极（7）的槽中，磁铁定位销（4）的底端插入到主磁铁下螺旋形磁极（7）的内部，确定磁铁本体下主体（1）与主磁铁下螺旋形磁极（7）的相对位置，在螺纹孔的内部安装定位销螺塞（5），并拧动螺栓（6），螺栓（6）的底部进入主磁铁下螺旋形磁极（7）的内部，主磁铁下螺旋形磁极（7）与磁铁本体下主体（1）固定安装；
步骤二：使用磁测系统时，将磁测杆（8）从磁铁本体下分体（2）的内部贯穿，并将定位塞块（9）套装在磁测杆（8）的外部，然后整体从上往下安装至磁铁本体下主体（1）的内部，磁测杆（8）的底端从磁铁本体下主体（1）中间的“8”字形孔中穿过，定位塞块（9）与磁铁本体下主体（1）内部上端的“8”字形孔卡接；
步骤三：使用离子源头部（10）时，将离子源头部（10）的上端从磁铁本体下主体（1）底部向上插入，并通过“8”字形孔贯穿磁铁本体下主体（1）和磁铁本体下分体（2），离子源头部（10）的底部固定在磁铁本体下主体（1）的内部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ge Jian Inventor after: Chen Gen Inventor after: Hou Xiaoyu Inventor after: Pan Jiechun Inventor after: Yang Qingxi Inventor after: Chen Yonghua Inventor after: Feng Hansheng Inventor after: Song Yuntao Inventor before: Ge Jian Inventor before: Chen Gen Inventor before: Hou Xiaoyu Inventor before: Pan Jiechun Inventor before: Yang Qingxi Inventor before: Chen Yonghua Inventor before: Feng Hansheng Inventor before: Song Yuntao |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |