CN114466502A - 一种全超导回旋加速器磁场垫补结构 - Google Patents

一种全超导回旋加速器磁场垫补结构 Download PDF

Info

Publication number
CN114466502A
CN114466502A CN202111507781.XA CN202111507781A CN114466502A CN 114466502 A CN114466502 A CN 114466502A CN 202111507781 A CN202111507781 A CN 202111507781A CN 114466502 A CN114466502 A CN 114466502A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shimming
coil
magnetic field
magnetic pole
superconducting
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.)
Pending
Application number
CN202111507781.XA
Other languages
English (en)
Inventor
周洪吉
张天爵
李明
殷治国
王川
张素平
王飞
朱晓锋
付伟
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 CN202111507781.XA priority Critical patent/CN114466502A/zh
Publication of CN114466502A publication Critical patent/CN114466502A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，该结构由主线圈组件1、磁极线圈组件2、垫补线圈组件3组成。磁极线圈组件2、垫补线圈组件3代替了原来的磁极和镶条，即实现了磁场的垫补，又大大降低了加速器磁体的重量，有利于加速器尺寸的进一步降低。

Description

一种全超导回旋加速器磁场垫补结构
技术领域
本发明属于低温超导回旋加速器技术领域，尤其涉及一种紧凑型低温超导回旋加速器磁场垫补结构。
背景技术
回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。由于回旋加速器中粒子能量稳定增长的过程中，要保证每圈经过加速间隙时的高频相位基本恒定，这就要求约束粒子回旋运动的磁场随磁极半径逐渐增大，且磁场随半径的增长要能够匹配粒子能量的增长，这就是回旋加速器主磁铁磁场分布的等时性条件。这就意味着，磁极弧长随半径的增长带来的磁场增加要能够匹配粒子加速所需要的沿着磁极半径逐渐增大的磁场。在磁铁工程中，实际等时性磁场需要通过磁场垫补手段进行微调，常用的垫补方法如采用修正贴合于磁极侧边、由高饱和磁场的导磁材料(纯铁或低碳钢)加工形成的镶条的侧边轮廓进行磁场垫补，结构如图2所示。
全超导回旋加速器主磁场结构和常见回旋加速器主磁场结构相比，结构紧凑，如果仍然采用铁磁材料进行切削垫补则不能充分发挥超导磁体的优势，使得加速器的尺寸和重量不能充分的降低。
发明内容
本发明针对现有技术方案的局限，提出一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，目的在于进一步降低超导回旋加速器的尺寸和重量。
本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：
本发明公开了一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，该结构由磁极线圈组件(1)、垫补线圈组件(2)、主线圈组件(3)组成，磁极线圈组件(1)、垫补线圈组件(2)代替了原来的磁极和镶条，即实现了磁场的垫补，又大大降低了加速器磁体的重量，其特征在于：
本发明由磁极线圈组件(1)、垫补线圈组件(2)、主线圈组件(3)组成。主线圈组件(3)在最外围，提供基础磁场。磁极线圈组件(1)为超导线圈替代了传统的纯铁磁极。垫补线圈组件(2)是由多个小超导线圈组成，这些超导线圈沿半径r方向排成一列，固定在磁极线圈骨架(1-1)上，垫补线圈组件(2)代替了传统垫补结构中的镶条，传统镶条通过切削实现磁场的调节，而本发明中是调节垫补线圈(2-2)的电流实现回旋加速器磁场的调节。
磁极线圈组件1由磁极线圈骨架(1-1)和磁极线圈(1-2)组成，磁极线圈(1-2)由超导线绕制而成，替代了传统的纯铁磁极。
垫补线圈组件(2)由垫补线圈骨架(2-1)和垫补线圈(2-2)组成，垫补线圈(2-2)由超导线绕制而成，垫补线圈骨架(2-1)固定在磁极线圈骨架 (1-1)上，垫补线圈(2-2)代替了传统垫补结构中的镶条。
本发明通过调节(2-2)垫补线圈的电流实现回旋加速器磁场的等时性垫补。
本发明的每个磁极线圈组件(1)沿半径r的两个边上均布有一排垫补线圈(2-2)，每个垫补线圈(2-2)的电流是独立调节的。
本发明的优点效果
本发明采用超导线圈替代传统导磁材料的垫补结构，可大大降低垫补垫补结构的重量，从而降低加速器的整体重量。
本发明是通过调节2-2垫补线圈的电流来实现对
Figure RE-GDA0003547947120000021
的调节，在电流调节过程中(相当于磁场垫补过程中)没有机械的拆装动作，可有效降低拆装工程中产生的磁场二次变化，同时也降低了垫补的工作量。
附图说明
图1为常见的回旋加速器磁极垫补结构示意图；
图2为本发明的加速器磁场垫补结构示意图；
图3磁极垫补线圈结构示意图；
图4垫补结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步的解释：
本发明设计原理：
1、磁场垫补的目的就是调节磁场B沿半径r方向的分布，从而使磁场满足加速器等时行的要求，本发明在磁极线圈骨架1-1侧面沿着半径r安装了多个垫补线圈2-2，通过调节垫补线圈2-2的电流即可调节磁场B沿半径r方向的分布状态。
2、图2为本发明的结构示意图，本发明有磁极线圈组件1、垫补线圈组件2、主线圈组件3组成。
3、图3为磁极垫补线圈结构示意图，磁极线圈1-2固定在磁极线圈骨架1-1上，磁极线圈1-2提供基本的等时性磁场。垫补线圈2-2固定在垫补线圈骨架2-1上，垫补线圈骨架2-1再固定在磁极线圈骨架1-1的侧面，本发明的的磁场垫补方案就是通过调节垫补线圈2-2的电流实现的。
4、图4为垫补结构的剖视图，主线圈3-2固定在主线圈骨架3-1上，在所有线圈的最外面，为回旋加速器提供了基本的磁场，本发明的垫补结构为对称结构，上半部分有一个主线圈组件3、四个磁极线圈组件1和8组垫补线圈组件2组成，垫补线圈组件2是由一排小超导线圈组成。
5、磁极线圈组件1由磁极线圈骨架1-1和磁极线圈1-2组成，磁极线圈1-2由超导线绕制而成。
6、2垫补线圈组件由垫补线圈骨架2-1和垫补线圈2-2组成，垫补线圈2-2由超导线绕制而成，垫补线圈骨架2-1固定在磁极线圈骨架 1-1上。
7、主线圈组件3由主线圈骨架3-1和主线圈3-2组成，主线圈3-2由超导线绕制而成。
补充说明：
图1为传统回旋加速器的磁场垫补结构，目前的超导回旋加速器中普遍应用此结构，在这个回旋加速器中超导主磁体的重量只有十吨左右，而磁极及其垫补结构的重量大于四十吨左右。
图2为本发明的垫补结构，其超导主磁体总重量十吨多点，而垫补线圈依附在超导磁体上，相对于超导主磁体其重量可以忽略。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，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 (5)

1.本发明公开了一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，该结构由磁极线圈组件(1)、垫补线圈组件(2)、主线圈组件组成(3)，磁极线圈组件(1)、垫补线圈组件(2)代替了原来的磁极和镶条，即实现了磁场的垫补，又大大降低了加速器磁体的重量，其特征在于：
本发明由磁极线圈组件(1)、垫补线圈组件(2)、主线圈组件(3)组成，主线圈组件(3)在最外围，提供基础磁场，磁极线圈组件(1)为超导线圈替代了传统的纯铁磁极，垫补线圈组件(2)是由多个小超导线圈组成，这些超导线圈沿半径r方向排成一列，固定在磁极线圈骨架(1-1)上，垫补线圈组件(2)代替了传统垫补结构中的镶条，传统镶条通过切削实现磁场的调节，而本发明中是调节垫补线圈(2-2)的电流实现回旋加速器磁场的调节。
2.根据权利要求1所述一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，其特征在于：1磁极线圈组件由磁极线圈骨架(1-1)和磁极线圈(1-2)组成，磁极线圈(1-2)由超导线绕制而成，替代了传统的纯铁磁极。
3.根据权利要求1所述一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，其特征在于：垫补线圈组件由垫补线圈骨架(2-1)和垫补线圈(2-2)组成，垫补线圈(2-2)由超导线绕制而成，垫补线圈骨架(2-1)固定在磁极线圈骨架(1-1)上，垫补线圈(2-2)代替了传统垫补结构中的镶条。
4.根据权利要求1所述一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，其特征在于：本发明通过调节(2-2)垫补线圈的电流实现回旋加速器磁场的等时性垫补。
5.根据权利要求1所述一种全超导回旋加速器磁场垫补结构，其特征在于：本发明的每个磁极线圈组件(1)沿半径r的两个边上均布有一排垫补线圈(2-2)，每个垫补线圈(2-2)的电流是独立调节的。
CN202111507781.XA 2021-12-10 2021-12-10 一种全超导回旋加速器磁场垫补结构 Pending CN114466502A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111507781.XA CN114466502A (zh) 2021-12-10 2021-12-10 一种全超导回旋加速器磁场垫补结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111507781.XA CN114466502A (zh) 2021-12-10 2021-12-10 一种全超导回旋加速器磁场垫补结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114466502A true CN114466502A (zh) 2022-05-10

Family

ID=81405142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111507781.XA Pending CN114466502A (zh) 2021-12-10 2021-12-10 一种全超导回旋加速器磁场垫补结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114466502A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1360085A (en) * 1970-10-09 1974-07-17 Thomson Csf Magnetic focusing device for an isochrono's cyclotron
JPS6433199U (zh) * 1987-08-24 1989-03-01
JP2000082599A (ja) * 1998-09-02 2000-03-21 Mitsubishi Electric Corp 円形加速器用電磁石
JP2004273568A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Kobe Steel Ltd 超電導マグネット装置
JP2010212031A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Waseda Univ 磁場形成装置及びこれを用いた粒子加速器
JP2012104386A (ja) * 2010-11-10 2012-05-31 Waseda Univ 空芯型サイクロトロン
US20140371076A1 (en) * 2012-02-03 2014-12-18 Ion Beam Applications S.A. Magnet Structure For An Isochronous Superconducting Compact Cyclotron
WO2016174700A1 (ja) * 2015-04-27 2016-11-03 株式会社日立製作所 円形加速器
US20160381780A1 (en) * 2015-05-26 2016-12-29 Krunoslav Subotic Superconducting Magnet Winding Structures for the Generation of Iron-Free Air Core Cyclotron Magnetic Field Profiles
US20190166681A1 (en) * 2017-11-30 2019-05-30 Hefei Cas Ion Medical And Technical Devices Co., Ltd. Method for adjusting particle orbit alignment by using first harmonic in cyclotron

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1360085A (en) * 1970-10-09 1974-07-17 Thomson Csf Magnetic focusing device for an isochrono's cyclotron
JPS6433199U (zh) * 1987-08-24 1989-03-01
JP2000082599A (ja) * 1998-09-02 2000-03-21 Mitsubishi Electric Corp 円形加速器用電磁石
JP2004273568A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Kobe Steel Ltd 超電導マグネット装置
JP2010212031A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Waseda Univ 磁場形成装置及びこれを用いた粒子加速器
JP2012104386A (ja) * 2010-11-10 2012-05-31 Waseda Univ 空芯型サイクロトロン
US20140371076A1 (en) * 2012-02-03 2014-12-18 Ion Beam Applications S.A. Magnet Structure For An Isochronous Superconducting Compact Cyclotron
WO2016174700A1 (ja) * 2015-04-27 2016-11-03 株式会社日立製作所 円形加速器
US20160381780A1 (en) * 2015-05-26 2016-12-29 Krunoslav Subotic Superconducting Magnet Winding Structures for the Generation of Iron-Free Air Core Cyclotron Magnetic Field Profiles
US20190166681A1 (en) * 2017-11-30 2019-05-30 Hefei Cas Ion Medical And Technical Devices Co., Ltd. Method for adjusting particle orbit alignment by using first harmonic in cyclotron

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MALAY KANTI DEY ET AL.: "Novel compact superconducting cyclotron for medical applications", 《PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS - ACCELERATORS AND BEAMS》 *
ZOU WU ET AL.: "Magnetic Field Optimization and Tolerance Study of a Medical Superconducting Cyclotron", 《 IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY》 *
ZOU WU ET AL.: "Radial Magnetic Field Optimization of the 5T Superconducting Cyclotron for Medical Application", 《PROCEEDINGS OF 2020 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY AND ELECTROMAGNETIC DEVICES TIANJIN, CHINA 》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9451689B2 (en) Cyclotron
CN106102300B (zh) 增强超导回旋加速器中心区磁聚焦力的芯柱结构
JPH06132119A (ja) 超伝導磁石
CN106438691A (zh) 永磁偏置混合轴向磁轴承
CN101907131A (zh) 一种具有容错功能的永磁偏置内转子径向磁轴承
CN207802493U (zh) 花瓣型加速器及其c型回转电磁铁
US5596304A (en) Permanent magnet edge-field quadrupole
CN114466502A (zh) 一种全超导回旋加速器磁场垫补结构
US4761584A (en) Strong permanent magnet-assisted electromagnetic undulator
CN101886669A (zh) 一种永磁偏置外转子径向磁轴承
US3883761A (en) Electrostatic extraction method and apparatus for cyclotrons
CN106787513B (zh) 一种永磁转轴机械加工的磁场屏蔽方法及装置
CN210579413U (zh) 一种粒子加速器束流偏转磁铁
CN219204772U (zh) 一种自引出回旋加速器
CN202159545U (zh) 一种可长时间工作的可调长间隙电抗器
CN208173329U (zh) 降漏磁超导储能磁体结构
Newborough The upgrade of the CERN proton synchrotron booster transfer line magnets
CN114828380A (zh) 一种用于提高轴向聚焦力的多磁回路扇形磁铁
Abliz et al. Preliminary Analysis of a 27.5 mm Period Undulator for the MBA Lattice
CN117116595B (zh) 一种磁场可调的永磁四极磁铁
CN219477701U (zh) 一种同步磁导电机的转子组件及同步磁导电机
CN102176369A (zh) 一种可长时间工作的可调长间隙电抗器
CN102032271A (zh) 一种径向轴承
CN117780586A (zh) 一种宽通道霍尔推力器磁路结构及提高磁场强度的方法
GB1029067A (en) Charged particle energy analyser

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220510