CN219204772U - 一种自引出回旋加速器 - Google Patents

Abstract

一种自引出回旋加速器，包括一对盖板和位于盖板内的一对励磁线圈，以及位于一对励磁线圈内侧用于形成主磁场的两组面对面放置的主磁铁，每组所述主磁铁由扇形的两块长磁极和两块短磁极组成，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，相邻两块磁极之间形成扇形谷区,长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化；每块所述长磁极末端设置有弧形刻槽。本实用新型可以稳定的加速H+离子，相对于市面常见的内源负氢离子源的回旋加速器，对于真空度的要求低，且自引出回旋加速器引出流强一般可稳定达到100uA到1mA以上。

Description

一种自引出回旋加速器

技术领域

本实用新型属于核技术领域，涉及加速器技术，具体涉及一种自引出回旋加速器。

背景技术

目前回旋加速器在科研和医疗得到广泛的应用，但市面上主流加速器一般采用内源离子源以及碳膜剥离引出的方式，引出流强一般为50uA~100uA，无法满足需要流强更大的科研以及生物药学的研究，例如硼中子治疗(BNCT)和锗镓发生器。

自引出技术指的是通过在磁极的末端位置刻槽，造成磁场梯度的剧烈变化，束流由于回旋半径增大而脱离主磁场。典型的18MeV自引出回旋加速器主要由H+离子源，中心区，主磁铁，高频系统，自引出系统以及真空室等核心组件构成。H+离子经由H+离子源进入中心区平面后进行圆形的回旋运动，经过高频间隙时，H+离子能量增加且回旋半径增大，一般经过100圈以上加速至最终能量，通过自引出系统连续引出强流H+离子束。其中，主磁铁能够提供H+离子加速的导向磁场。

主磁铁是H+离子能够加速到最终能量的基本保证，相对于市面常见的H-离子加速器，自引出技术要求束流在磁极的边缘区域继续运动一段距离，主磁铁强烈的边缘场效应会使得束流的径向尺寸变得更大，因此18MeV自引出回旋加速器要求尽可能的减少边缘场对束团带来的影响，采用二轴对称的磁极结构设计，分为长磁极和短磁极，二者相邻分布。由于束流引出在短磁极磁轭方向，因此还需对磁轭进行相应的开孔设计，两种效应都会使得主磁场内部的二次谐波强度加剧。

由于回旋加速器粒子能量稳定增长的过程中，要求粒子每圈通过加速腔间隙的相位基本恒定，这就要求约束粒子的回旋运动的磁场随磁极半径逐渐增大，同时也能够匹配粒子能量的增大。市面上常见的回旋加速器均通过磁场垫补对磁场分布进行微调，常见的垫补方法一般是在贴合磁极侧边，由高饱和磁场的导磁材料加工形成的镶条对磁场进行垫补。镶条高度一端与磁极表面持平，另外一侧则距离盖板较远，因此相同角度的磁极在中心平面产生的磁场要大于镶条中心平面的磁场，为了平衡磁极范围的等时性磁场分布，要求扇形磁极的角度不能太大，因此在大半径情况下，需要镶条提供更多的磁场垫补能量，也就是说在大半径下镶条需要更大的角度。这会带来包括镶条的切向力、形变增大，同时在大半径下加速间隙不足等一系列问题，最终导致束流损失增加，束流强度受到限制。

自引出技术要求H+粒子能够加速至磁极边缘，如果仅用镶条对等时性调节则会导致镶条的覆盖角度过大，从而出现以上问题，因此自引出主磁铁的调谐工作采用变磁隙调谐技术配合镶条调谐，其中变磁隙调谐技术指的是磁隙随半径的增大减小。由于磁隙的减小，中央平面的磁场同样会随着磁极的半径增大而增大，镶条调谐主要针对等时性进行细微调整。

变磁隙调谐同时有助于束流的轴向聚焦，同时变磁隙调谐技术和镶条调谐二者的结合能够有效的控制磁极表面形状，为粒子的轴向空间预留足够的空间。而由于前文所述二次谐波可能导致束流在传输过程中的发射度增大，因此长短磁极的磁隙变化并不需要一致，用于调整这种二次谐波。其中长磁极刻槽用于自引出，短磁极磁隙变化用于对二次谐波的垫补。

自引出系统通常是由五部分组成：一次谐波线圈、长磁极刻槽、梯度校正器、束流收集器以及引出磁通道。其中一次谐波线圈用于对束流作进动引出，将束流推送到合适的相空间，使尽可能多的束流能够在合适引出角度内得到引出；长磁极刻槽用于提供磁场梯度的变化，使粒子的回旋半径骤然增大从而脱离主磁场；由于磁极边缘场的作用，因此束流在通过长磁极刻槽位置得以引出时，需要放置梯度校正器，用于对刻槽位置引出束流的初步聚焦，防止束流由于磁极边缘场效应导致径向尺寸过大，损失在主磁场内部；最后束流会通过引出磁通道，引出磁通道对引出束流作二次聚焦，便于束流打靶以及后续的束流传输，同时能够使束流的横向尺寸和轴向尺寸尽可能匹配；束流收集器则用于收集无法被磁通道接受的杂散束流，防止束流轰击到其他位置从而造成强烈的感生放射性。

因此，相对传统的H-离子回旋加速器，自引出回旋加速器面临的主要问题如下：

1) 变磁隙+镶条的调谐模式：由于一次谐波线圈在作进动引出时，会靠近磁极的末端，此处的磁隙将会变得较小，同时束流此时的能量较大，若粒子轰击在磁极表面或者一次谐波线圈上，将会造成较为强烈的感生放射性。另外一方面，高频谐振腔的假Dee板（加速器D型电极）一般附于磁极表面，由于二次谐波的存在，因此长短磁极的磁隙变化并不一致，用于调整主磁场内部的二次谐波，若磁隙过小，则会导致束流轰击到假Dee上，从而造成二次电子倍增效应，减小高频对束流的输出功率。

2）梯度校正器：由于自引出束流位于磁极的边缘场，此处束流处于径向强散焦状态，若不加干涉，束流会很快由于这种效应导致径向尺寸变大，从而无法正常引出束流。通过梯度校正器能够有效的控制这种散焦状态，使束流能够以较小的径向尺寸继续传输。但是由于加速器内部空间狭小，不适合放置四级电磁铁，因此只能采用永磁铁。由于永磁铁自身磁场的发散，会对主磁场内部造成较大范围的一次谐波，因此梯度校正器需要关于加速器中心对称放置，这会使得主磁场内的二次谐波效应加强，但过强的二次谐波则会造成在主磁场传输的束流发射度增大。

3）引出磁通道：在经过梯度校正器，束流依然会在边缘场运行一段距离，且引出的方向会在短磁极磁轭方向，因此需要对短磁极对应的磁轭进行相应的开孔设计，用于放置引出磁通道，但这种开孔设计同样会导致主磁场内部的二次谐波进一步得到加强，不利于束流传输。

因此对磁轭的开孔设计尺寸受到限制，故而磁通道依然选择永磁铁设计，由于永磁铁表面一般最多能够极化1T左右的磁感应强度，若磁通道内径过小，则会导致大部分束流不能得到聚焦，导致束流损失在磁通道表面。若内径过大，则会导致由于四级磁场的梯度不够导致束流损失在磁通道内部。

实用新型内容

为克服现有技术的缺陷，本实用新型公开了一种自引出回旋加速器。

本实用新型所述自引出回旋加速器，包括一对盖板和位于盖板内的一对励磁线圈，以及位于一对励磁线圈内侧用于形成主磁场的两组面对面放置的主磁铁，每组所述主磁铁由扇形的两块长磁极和两块短磁极组成，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，相邻两块磁极之间形成扇形谷区,长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化；每块所述长磁极末端设置有弧形的长磁极刻槽；

扇形磁极的两个直边外贴有镶条；所述扇形谷区分为交错分布的第一扇形谷区和第二扇形谷区，所述第一扇形谷区内设置有高频DEE板，高频DEE板两侧的磁极直边上设置有假DEE板。

优选的，所述盖板设置有圆形凹槽，所述励磁线圈位于圆形凹槽内。

优选的，第二扇形谷区设置有梯度校正器，所述梯度校正器包括一对关于主磁场平面对称设置的磁铁组，每个磁铁组包括校正聚焦磁铁和校正屏蔽磁铁，其中校正聚焦磁铁由面对面放置的内聚焦磁铁和外聚焦磁铁组成，靠近磁场内部的内聚焦磁铁磁场方向与主磁场相反；靠近磁场外部的外聚焦磁铁磁场方向与主磁场相同，内聚焦磁铁和外聚焦磁铁的剩磁强度一致；所述内聚焦磁铁靠近主磁场中心的侧面设置有校正屏蔽磁铁，校正屏蔽磁铁的磁场方向与主磁场相同，所述内聚焦磁铁和外聚焦磁铁之间的间隙走向与所述长磁极刻槽末端的切线方向一致。

优选的，所述长磁极刻槽朝向主磁场中心处安装有谐波线圈，所述谐波线圈包括两段半径不同但圆心角相同的平行弧线，两段平行弧线之间由一对对称弧线连接。

优选的，在主磁铁外的束流引出方向上，设置有引出磁通道，引出磁通道包含极化方向相反的中空柱形径向聚焦磁铁和径向散焦磁铁，其中径向聚焦磁铁在前。

优选的，所述径向聚焦磁铁和径向散焦磁铁为16个相同磁条连续拼接形成的正十六棱空心柱状结构，所述径向聚焦磁铁中，沿截面顺时针方向各个磁条的磁化方向按照以下规则设置：

定义初始磁条A0磁化方向B0,初始磁条紧邻的下一个磁条A1磁化方向B1，磁条A1紧邻的下一个磁条A2磁化方向B2,

定义磁化方向的差值规则：B1-B0=2K,B2-B1=K,K=45度；

后续磁条以A2替换A0，后续磁条的磁化方向变化按照所述差值规则；

所述径向散焦磁铁各个磁条的磁化方向与对应的径向聚焦磁铁中磁条方向相反。

优选的，还包括位于束流引出方向上，安装在梯度校正器后、引出磁通道之前的束流收集器。

采用本实用新型所述自引出回旋加速器，相对现有技术，具备以下技术优越性：

1.本实用新型可以稳定的加速H+离子，相对于市面常见的内源负氢离子源的回旋加速器，对于真空度的要求较低，且自引出回旋加速器引出流强一般可稳定达到100uA到1mA以上。

2.对比同样采用H+离子源的静电偏转板引出方式，本实用新型自引出的引出效率能够稳定在80%以上，由于束损位置基本可控，可以减少杂散束流产生轰击在加速器主体。

3.采用变磁隙加镶条的等时性调谐技术，减少了镶条在大半径下需要垫补的磁场能量，可以改善大半径下加速间隙不足的情况，变磁隙还可以提供轴向聚焦力便于束流定向传输。

附图说明

图1为本实用新型所述自引出回旋加速器的一种具体实施方式示意图；

图2为本实用新型一个具体实施方式中长短磁极的磁隙变化曲线图；

图2中纵坐标为磁隙，横坐标为磁极半径，单位均为毫米；

图3为本实用新型所述梯度校正器的一个具体实施方式示意图；

图4本实用新型所述梯度校正器的一个具体实施方式造成的磁场趋势影响示意图；

图4中纵坐标为磁场强度，单位为特斯拉，横坐标为磁场半径，单位为毫米；A1、A2分别表示有和无梯度校正器时的磁场分布曲线；

图5为一个具体实施方式中，从主磁面俯视角度看，束流通过梯度校正器之后，束流的引出方向示意图；

图5中横坐标和纵坐标分别为以主磁面为坐标平面，主磁面几何中心为原点建立坐标系的X轴和Y轴坐标，单位均为毫米；

图6为本实用新型所述引出磁通道的一个具体实施方式示意图；

图7为本实用新型所述引出磁通道中径向聚焦磁铁的磁化方向示意图；

图7中中心部分粗箭头表示径向聚焦磁铁内部通道磁场示意图，环形磁铁上小箭头表示各个磁条的磁化方向示意图；

图8为本实用新型所述磁极张角的示意图；

图中附图标记名称为：1-长磁极、2-短磁极、3-梯度校正器、4-引出磁通道、5-谐波线圈、6-镶条、7-长磁极刻槽、8-假Dee板、31-外聚焦磁铁、32-内聚焦磁铁、33-校正屏蔽磁铁、9-径向聚焦磁铁、10-径向散焦磁铁、11-束流收集器、12-第二扇形谷区、13-高频Dee板。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

一种用于自引出回旋加速器磁铁，包括加速器主磁铁，谐波线圈，梯度校正器，引出磁通道，磁轭，励磁线圈以及束流收集器。

本实用新型的目的在于提供一种能够加速H+离子的回旋加速器磁铁，获得约18MeV能量的强流质子束，同时不对加速器内部产生过强的感生放射性，控制束损位置。

本实用新型所述自引出回旋加速器，包括一对盖板和位于盖板内的一对励磁线圈，以及位于一对励磁线圈内侧用于形成主磁场的两组面对面放置的主磁铁，每组所述主磁铁由扇形的两块长磁极1和两块短磁极2组成，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，相邻两块磁极之间形成扇形谷区,长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化；每块所述长磁极末端设置有弧形的长磁极刻槽7；

扇形磁极的两个直边外贴有镶条6用于等时性的微调；所述扇形谷区分为交错分布的第一扇形谷区和第二扇形谷区12，所述第一扇形谷区内设置有高频DEE板13，高频DEE板两侧的磁极直边上设置有假DEE板8。高频DEE板和假DEE板组合起来形成加速器间隙，用于束流的加速

其中，所述主磁铁具有四块扇形磁铁，分别为两块长磁极1和两块短磁极2，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，四块扇形磁铁所处平面定义为中央平面，圆心定义为原点，长磁极末端刻槽，磁铁形状为直边扇形结构，相邻两块磁极之间形成扇形谷区。长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化，即随半径增加而增加，但并非一直线性增加，通常随半径增大，增加值不断减小以利于周详聚焦，一个典型实施方式如图2所示。

一个具体实施方式中，主磁场中央平面附近的平均磁场约为1.2T，粒子回旋一圈时间约为55ns。长磁极半径为600mm，短磁极半径为575mm。镶条位于磁极两侧，一端与磁极表面重合，磁极的张角θ如图8所示为50.6°。长短磁极的镶条6角度变化一致，但长短磁极的磁隙随半径的变化规律并不一致，如图2所示。

本实用新型采用长磁极处刻槽用于引出束流，刻槽位置的磁场剧烈变化导致束流的回旋半径增大，引出效率较高，且能够传输H+粒子。传输H+粒子的好处则在于可以减少加速器内部的真空度，同时对离子源的要求更低，即相同条件下的离子源，H+离子源会比H-离子大一个量级。

但这种长磁极刻槽的结构带来磁极边缘场效应，导致束流在经过刻槽位置之后，束流受到边缘场效应过渡发散，因此本实用新型采用长短磁极搭配使用的结构可以降低甚至避免磁极边缘场效应，但长短磁极结构会在磁场内部产生强烈的二次谐波效应，为了避免或降低二次谐波效应，长短磁极的磁隙变化并不一样，这种不一样的磁隙变化能够有效的降低主磁场内部的二次谐波。

当束流在主磁场中加速至磁铁边缘，则会进入长磁极刻槽7，其中槽的宽度与磁隙为常数，宽为30mm，覆盖半径为545mm~575mm，磁隙为27.5mm。此处的磁场变化较为剧烈，束流经过槽时，由于磁场迅速变小使得其回旋半径增大，进而脱离主磁场，进入梯度校正器3。

梯度校正器3用于对刻槽位置引出束流的初步聚焦，包括由永磁铁组成的上下对称结构，如图3所示的一个具体实施方式中, 梯度校正器分为上下两组共6块，每组3块，均包括校正聚焦磁铁和校正屏蔽磁铁33，其中校正聚焦磁铁由内聚焦磁铁32和外聚焦磁铁31组成，靠近磁场内部的内聚焦磁铁32磁场方向与主磁场相反，用于偏转靠近内侧束流；靠近磁场外部的外聚焦磁铁31磁场方向与主磁场相同，用于偏转外侧的束流，二者的剩磁强度一致，组合在一起能够在中央平面形成四级磁场，同时为了减少靠内聚焦磁铁对主磁场的干扰，在贴近其内表面的位置放置一个校正屏蔽磁铁33，校正屏蔽磁铁的磁场方向与主磁场相同，但剩磁强度通常小于聚焦磁铁,如果校正屏蔽磁铁剩磁强度过大的话，会导致梯度校正磁铁的峰值变低，同时导致屏蔽磁铁对磁场内部的干扰变大。

整个梯度校正磁铁的结构由内而外分别为：屏蔽磁铁-聚焦磁铁，并且为了避免一次谐波对束流的干扰，其关于加速器中心对称放置。

从图4可以看到，虽然校正屏蔽磁铁33能够屏蔽一部分由于内聚焦磁铁对主磁场的影响，但依然会在磁场内部产生范围较大的一次谐波，该效应的积累可能会导致一次谐波需要较大的幅值才能将束流推送到合适的相空间，因此整个梯度校正器应关于原点中心对称放置，以避免一次谐波。

若不加外力干涉，对称的长磁极刻槽均会使束流引出 ，为了增大束流强度，因此在主磁场上安装谐波线圈5，用于推送粒子，使得束流仅能够从一侧引出。谐波线圈5安装在长磁极刻槽7前，距离刻槽7为15mm左右，其高度为6mm，宽为10mm，谐波线圈连接有电流发生电路，谐波线圈5的面电流从0A/mm²~10A/mm²可调，在合适面电流情况下，能够将束流的相空间推送到合适的位置，不仅能够使得束流单侧引出，还能使得引出束流径向尺寸更小。

谐波线圈安装于长磁极表面，靠近刻槽位置，用于对束流作进动引出。谐波线圈呈匹配束流的运动方向的“香蕉状”,且“香蕉状”谐波线圈方便计算，即包括两段半径不同但圆心角相同的平行弧线，两段平行弧线之间由一对对称弧线连接，谐波线圈关于原点以及中央平面对称放置，一个具体实施方式中，平行弧线的圆心角角度为32°，谐波线圈距离中央平面的距离为10mm,即磁隙等于10mm。

一个优选方式为，短磁极也安装有谐波线圈，位于短磁极的谐波线圈结构 和所处位置的磁极半径与长磁极的谐波线圈一致，其主要作用是在其他条件如长磁极的谐波线圈强度，高频的频率以及腔压等均已确定的情况下，用于调节束流引出相空间，使引出效率得以提高。

引出磁通道4用于对梯度校正器聚焦后束流的引出和再聚焦，其结构由两部分组成，如图6所示,分别为径向聚焦磁铁9和径向散焦磁铁10，均是由16块相同的永磁铁连续拼接组成的具有中空通道的空心16棱柱状结构。由于束流在脱离梯度校正磁铁之后依然会在边缘场继续运动一段时间，在边缘场的作用下，束流形状呈扁椭圆，径向尺寸会远大于轴向尺寸，因此束流首先会进入径向聚焦磁铁。径向聚焦磁铁9和径向散焦磁铁10分别用于形成径向聚焦四级磁场和径向散焦四级磁场。

在磁极边缘场的影响下，束流处于径向强散焦，轴向强聚焦的状态，整个束流的形态趋近扁椭圆，径向尺度会远大于轴向尺度，为了便于束流打靶或后续的束流传输，因此在开孔磁轭位置放置引出磁通道4，引出磁通道的结构以及磁场的径向聚焦磁铁9极化方向如图7所示，主要包含两个主体：径向聚焦磁铁9和径向散焦磁铁10。径向散焦磁铁的极化方向与径向聚焦磁铁的极化方向相反，但磁铁的表面磁感应强度均为1T左右。

两个磁铁均由16块磁铁组成的16面体结构，其内径为7cm，外径为12cm，束流会先进入径向聚焦磁铁9再进入径向散焦磁铁10，其分布随束流运动方向，以此尽可能的避免束流轰击在磁通道内部。为了使得引出束流的径向尺寸与轴向尺寸匹配，径向聚焦磁铁9的长度与径向散焦磁铁10的长度并不一致，径向散焦磁铁9的长度约为30cm，径向聚焦磁铁10的长度约为25cm。

本实用新型所述加速器通过设置梯度校正磁铁、谐波线圈、磁通道及长短磁极结构，自引出回旋加速器的自引出效率η_ex一般为80%以上，其η_ex 的计算方式如下：

η_ex= N_ex /N_out

式中， N_ex为能够通过磁通道的引出粒子， N_out为所有能够加速到加速器边缘的粒子。

相对于静电偏转板来说，自引出具有较大的引出优势，但相较于碳膜剥离引出的负氢离子源的回旋加速器，依然会存在小部分束流损失在加速器的内部。对于H+离子源而言，其发射束流强度一般在1mA以上，当束流能量较大时，若不加干涉，剩余约20%的束流则会轰击在加速器内部，从而产生强烈的感生放射性，不便于调试和维修。

由于束流受到谐波线圈的推送，因此其引出角度有较好的分布规律。通过控制从梯度校正器处的引出束流，能够有效控制束流损失的位置。设置如图1中所示的束流收集器11，假设自引出效率为80%，那么剩下的20%的杂散束流，绝大部分可以轰击束流收集器11。

径向聚焦磁铁和径向散焦磁铁各个磁条的磁化方向需要特殊设计，以实现径向聚焦磁铁对束流进行径向聚焦和径向散焦磁铁对束流进行轴向聚焦的技术目的，所述径向聚焦磁铁中，沿截面顺时针方向各个磁条的磁化方向按照以下规则设置：

定义初始磁条A0磁化方向B0,初始磁条紧邻的下一个磁条A1磁化方向B1，磁条A1紧邻的下一个磁条A2磁化方向B2,

定义磁化方向的差值规则：B1-B0=2K,B2-B1=K,K=45度；

后续磁条以A2替换A0，后续磁条的磁化方向变化按照所述差值规则；

所述径向散焦磁铁各个磁条的磁化方向与对应的径向聚焦磁铁中磁条方向相反。

例如，定义初始磁条A0的磁化方向B0与图7中央水平线夹角为135度，顺时针排序的下一个磁条A1的磁化方向为B1=B0+90=225度，紧邻A1的下一个磁条A2磁化方向B2=B1+45度=270度，再紧邻A2 的磁条A3的磁化方向为B3=B2+90=0；即相邻磁条的磁化方向差值为90度和45度交错变化,最终从A0到A15的16块磁条的磁化方向角度分别为：

135、225、270、0、45、135、180、270、315、45、90、180、225、315、0、90。

采用上述磁化方向设计后，最终会在中央平面形成四级磁场用于约束束流的径向和轴向，径向散焦磁铁的极化方向与径向聚焦磁铁的极化方向相反。其分布跟随束流运动方向，尽可能避免束流损失在磁通道内部，从而造成感生放射性。

引出磁通道位于短磁极对应的磁轭位置，由于束流在进入磁通道之前，在边缘场的作用下，径向尺寸会远大于轴向尺寸，因此径向聚焦磁铁的长度会略大于径向散焦磁铁,二者长度比通常为1-1.2:1。

磁轭用于约束主磁场，其结构并非常见回旋加速器的轴对称设施，由于束流引出在短磁极位置，因此需要对磁轭进行相应的开孔设计，其开孔尺寸略大于磁通道外径，开孔方向跟随束流运动方向，且关于原点中心对称，以此避免强烈的一次谐波。

励磁线圈用于对主磁场的励磁，由于磁通道外径较大，因此励磁线圈会向盖板位置略微沉降，因此需要对盖板刻槽用于放置励磁线圈。

束流收集器，用于对杂散束流收集，避免杂散束流轰击到主磁铁其他位置造成强烈的感生放射性，束流收集器放置于梯度校正器之后。

采用本实用新型所述自引出回旋加速器，相对现有技术，具备以下技术优越性：

1.本实用新型可以稳定的加速H+离子，相对于市面常见的内源负氢离子源的回旋加速器，对于真空度的要求低，且自引出回旋加速器引出流强一般可稳定达到100uA到1mA以上。

2.对比同样采用H+离子源的静电偏转板引出方式，本实用新型自引出的引出效率能够稳定在80%以上，由于束损位置基本可控，可以减少杂散束流产生轰击在加速器主体。

3.采用变磁隙加镶条的等时性调谐技术，减少了镶条在大半径下需要垫补的磁场能量，可以改善大半径下加速间隙不足的情况，变磁隙还可以提供轴向聚焦力便于束流定向传输。

前文所述的为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型发明人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自引出回旋加速器，包括一对盖板和位于盖板内的一对励磁线圈，以及位于一对励磁线圈内侧用于形成主磁场的两组面对面放置的主磁铁，其特征在于，每组所述主磁铁由扇形的两块长磁极（1）和两块短磁极（2）组成，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，相邻两块磁极之间形成扇形谷区,长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化；每块所述长磁极末端设置有弧形的长磁极刻槽（7）；

扇形磁极的两个直边外贴有镶条（6）；所述扇形谷区分为交错分布的第一扇形谷区和第二扇形谷区，所述第一扇形谷区内设置有高频DEE板（13），高频DEE板两侧的磁极直边上设置有假DEE板（8）。

2.如权利要求1所述的自引出回旋加速器，其特征在于，所述盖板设置有圆形凹槽，所述励磁线圈位于圆形凹槽内。

3.如权利要求1所述的自引出回旋加速器，其特征在于，第二扇形谷区设置有梯度校正器（3），所述梯度校正器包括一对关于主磁场平面对称设置的磁铁组，每个磁铁组包括校正聚焦磁铁和校正屏蔽磁铁（33），其中校正聚焦磁铁由面对面放置的内聚焦磁铁（32）和外聚焦磁铁（31）组成，靠近磁场内部的内聚焦磁铁（32）磁场方向与主磁场相反；靠近磁场外部的外聚焦磁铁磁场方向与主磁场相同，内聚焦磁铁和外聚焦磁铁的剩磁强度一致；所述内聚焦磁铁靠近主磁场中心的侧面设置有校正屏蔽磁铁（33），校正屏蔽磁铁的磁场方向与主磁场相同，所述内聚焦磁铁（32）和外聚焦磁铁（31）之间的间隙走向与所述长磁极刻槽末端的切线方向一致。

4.如权利要求1所述的自引出回旋加速器，其特征在于，所述长磁极刻槽朝向主磁场中心处安装有谐波线圈（5），所述谐波线圈包括两段半径不同但圆心角相同的平行弧线，两段平行弧线之间由一对对称弧线连接。

5.如权利要求1所述的自引出回旋加速器，其特征在于，在主磁铁外的束流引出方向上，设置有引出磁通道（4），引出磁通道包含极化方向相反的中空柱形径向聚焦磁铁（9）和径向散焦磁铁（10），其中径向聚焦磁铁在前。

6.如权利要求5所述的自引出回旋加速器，其特征在于，所述径向聚焦磁铁和径向散焦磁铁为16个相同磁条连续拼接形成的正十六棱空心柱状结构，所述径向聚焦磁铁中，沿截面顺时针方向各个磁条的磁化方向按照以下规则设置：

定义初始磁条A0磁化方向B0,初始磁条紧邻的下一个磁条A1磁化方向B1，磁条A1紧邻的下一个磁条A2磁化方向B2,

定义磁化方向的差值规则：B1-B0=2K,B2-B1=K,K=45度；

后续磁条以A2替换A0，后续磁条的磁化方向变化按照所述差值规则；

所述径向散焦磁铁各个磁条的磁化方向与对应的径向聚焦磁铁中磁条方向相反。

7.如权利要求1所述的自引出回旋加速器，其特征在于，还包括位于束流引出方向上，安装在梯度校正器后、引出磁通道之前的束流收集器（11）。

8.如权利要求4所述的自引出回旋加速器，其特征在于，所述短磁极上安装有与长磁极上的谐波线圈位置和形状相同的谐波线圈。

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