RU2031558C1

RU2031558C1 - Electromagnet of fast synchrotron

Info

Publication number: RU2031558C1
Authority: RU
Inventors: В.Г. Абдульманов; А.С. Комаров; М.Ю. Крайнев; В.А. Столяров; Н.А. Тарасов; С.М. Трофименко
Original assignee: Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина"
Priority date: 1991-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: physics. SUBSTANCE: magnet is made in the form of frame filled with stacks of iron. Copper screen is positioned between front part of winding and butt of magnet. Mobile screens are put on butts. Insertion of mobile screens enable butt fields of driving magnets to be formed in similar way. Their positioning on front parts of driving magnets allows balanced orbit of beam to be displaced to center of region accessible for acceleration which leads to increased intensity of accelerated beam. EFFECT: increased intensity of accelerated beam. 2 dwg

Description

Изобретение относится к ускорительной технике. Электромагнит является одним из основных узлов циклического ускорителя, служащим для формирования криволинейной траектории частиц, обеспечивающей их многократное прохождение через область ускорения. Это достигается путем получения магнитного поля определенной конфигурации. The invention relates to accelerator technology. An electromagnet is one of the main nodes of a cyclic accelerator, which serves to form a curved path of particles, ensuring their multiple passage through the acceleration region. This is achieved by obtaining a magnetic field of a specific configuration.

Известен электромагнит синхротрона [1], в котором торцовое поле формируется медным экраном, жестко закрепленным на железе магнита. The known synchrotron electromagnet [1], in which the end field is formed by a copper screen, is rigidly fixed to the magnet iron.

Недостатком данной конструкции является возможность воздействия только на переменную составляющую магнитного поля. Кроме того, невозможно влиять на торцовые поля в процессе эксплуатации ускорителя. The disadvantage of this design is the possibility of exposure only to the variable component of the magnetic field. In addition, it is impossible to influence the end fields during the operation of the accelerator.

Наиболее близким к предлагаемому является электромагнит протонного синхротрона Б-5 (2). Система питания этого ускорителя работает по схеме со смещенным резонансом на частоте 50 Гц. Ведущее магнитное поле, создаваемое данным электромагнитом, является векторной суммой постоянной и переменной составляющих. Конструкция магнита представляет собой нержавеющий корпус, заполненный пакетами железа, шихтованного в направлении, перпендикулярном обмотке, и склеенного эпоксидным компаундом. Для уменьшения воздействия переменной составляющей магнитного поля от лобовых частей обмоток между ними и торцом магнита расположен медный экран. Элементы магнитной структуры ускорителя размещены под общим вакуумным кожухом. Closest to the proposed one is the electromagnet of the B-5 proton synchrotron (2). The power system of this accelerator operates according to a scheme with a shifted resonance at a frequency of 50 Hz. The leading magnetic field created by this electromagnet is the vector sum of the constant and variable components. The magnet design is a stainless steel case filled with packets of iron, lined in the direction perpendicular to the winding, and glued with an epoxy compound. To reduce the impact of the variable component of the magnetic field from the frontal parts of the windings, a copper screen is located between them and the end of the magnet. The elements of the magnetic structure of the accelerator are placed under a common vacuum casing.

Недостатком этого электромагнита является то, что результат взаимодействия торцовых полей с элементами других систем, расположенных в прямолинейных промежутках, различен для каждой составляющей поля. Поэтому торцовое магнитное поле формируется по-разному с каждого края магнита. Тем самым на торцах квадрантов появляются искажения, вызывающие смещение равновесной орбиты, что приводит к существенному уменьшению по радиусу области магнита, доступной для ускорения, степень влияния на пучок зависит от соотношения постоянной и переменной составляющих магнитного поля и меняется с увеличением энергии частиц в процессе ускорения. The disadvantage of this electromagnet is that the result of the interaction of end fields with elements of other systems located in straight intervals is different for each component of the field. Therefore, the end magnetic field is formed differently from each edge of the magnet. Thus, distortions appear on the ends of the quadrants, causing a shift in the equilibrium orbit, which leads to a significant decrease in the radius of the magnet region available for acceleration, the degree of influence on the beam depends on the ratio of the constant and variable components of the magnetic field and changes with increasing particle energy during acceleration.

Целью изобретения является радиальное увеличение рабочей области магнита, доступной для ускорения. The aim of the invention is a radial increase in the working area of the magnet, available for acceleration.

Цель достигается тем, что в электромагнит быстрого синхротрона, включающий в себя корпус, заполненный пакетами железа, шихтованного в направлении, перпендикулярном обмотке, и склеенного эпоксидным компаундом, причем между лобовой частью обмотки и торцом магнита расположен медный экран, введены на торцах дополнительные подвижные экраны. Для воздействия на постоянную и переменную поля они выполнены из железа и меди. В центре экрана имеется отверстие, повторяющее радиальное сечение аппертуры. Экраны устанавливаются так, чтобы не ограничивать геометрического размера рабочей области магнита. Конструкция позволяет менять азимутальное положение экранов относительно лобовых обмоток. Для каждого экрана предусмотрен контур водяного охлаждения. Количество экранов определяется компоновкой магнитной системы. Введение экранов позволяет формировать торцовые поля ведущих магнитов одинаковым образом. Подбор оптимального положения экранов ведется по изменению положения равновесной орбиты. The goal is achieved by the fact that a fast synchrotron electromagnet includes a case filled with iron packets lined in a direction perpendicular to the winding and glued with an epoxy compound, with a copper screen located between the frontal part of the winding and the magnet end, additional movable screens are introduced at the ends. To influence the constant and alternating fields, they are made of iron and copper. In the center of the screen there is a hole that repeats the radial section of the aperture. Screens are installed so as not to limit the geometric size of the working area of the magnet. The design allows you to change the azimuthal position of the screens relative to the frontal windings. Each screen has a water cooling circuit. The number of screens is determined by the layout of the magnetic system. The introduction of screens allows you to form the end fields of the driving magnets in the same way. The selection of the optimal position of the screens is carried out by changing the position of the equilibrium orbit.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием изготовленных двухслойными из металлов, воздействующих на переменную и постоянную составляющие магнитного поля подвижных экранов, позволяющих формировать торцовые поля ведущих магнитов. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". A comparative analysis of the claimed solution with the prototype shows that the claimed device is distinguished by the presence of two-layer made of metals, acting on the variable and constant components of the magnetic field of the movable screens, allowing the formation of end fields of the driving magnets. Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что метод воздействия на магнитное поле с помощью экранов применяется, однако используется для формирования только переменной составляющей торцового поля неподвижным экраном, в результате чего невозможно компенсировать имеющиеся возмущения магнитной структуры. Введение дополнительных искажений приводит к компенсации ими первых гармоник возмущения магнитного поля, в результате чего магнитная система становится более симметричной. Таким образом, введение новых элементов придает электромагниту новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the method of influencing the magnetic field using screens is used, however, it is used to form only the variable component of the end field with a fixed screen, as a result of which it is impossible to compensate for the perturbations of the magnetic structure. The introduction of additional distortions leads to their compensation of the first harmonics of the perturbation of the magnetic field, as a result of which the magnetic system becomes more symmetrical. Thus, the introduction of new elements gives the electromagnet new properties, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "significant differences".

Предлагаемая конструкция электромагнита реализована на протонном синхротроне с мягкой фокусировкой Б-5. The proposed design of the electromagnet is implemented on a B-5 soft focus proton synchrotron.

На фиг. 1 представлена лобовая часть ведущего магнита, поперечное сечение; на фиг.2 приведена общая компоновка элементов синхротрона Б-5. In FIG. 1 shows the frontal part of the driving magnet, a cross section; figure 2 shows the General layout of the elements of the synchrotron B-5.

На фиг.1 представлены лобовая часть обмотки 1, неподвижный медный экран 2, пакеты магнитопровода 3, дополнительный подвижный экран 4. Общая компоновка элементов ускорителя Б-5 (фиг.2) включает в себя четыре ведущих магнита 3, впускной магнит 5, выпускной магнит 6, дополнительные магнитные экраны 4, ускоряющую станцию 7, датчики 8 равновесной орбиты, пикап-электрод 9, дефлектор 10. Figure 1 shows the frontal part of the winding 1, a fixed copper screen 2, packages of the magnetic circuit 3, an additional movable screen 4. The general arrangement of the elements of the B-5 accelerator (figure 2) includes four leading magnets 3, an inlet magnet 5, an outlet magnet 6, additional magnetic screens 4, accelerating station 7, sensors 8 of equilibrium orbit, pickup electrode 9, deflector 10.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

Для указанной магнитной структуры установлены пять экранов. Роль еще трех экранов играют лобовые части ускоряющей станции 7 и пикап-электрод 9 (фиг.2). Five screens are installed for the indicated magnetic structure. The role of three more screens is played by the frontal parts of the accelerating station 7 and the pickup electrode 9 (Fig. 2).

Экраны выполнены двухслойными. Медь экранирует переменную составляющую магнитного поля, а железо - постоянную. Магнитные экраны 4 (фиг.1) располагаются с внешней стороны лобовых обмоток 1 и крепятся на торцах корпуса магнита. Конструкция крепления позволяет осуществить перемещение экранов в направлении, перпендикулярном и параллельном обмотке. Предусмотрено водяное охлаждение установленных экранов. The screens are made in two layers. Copper shields the alternating component of the magnetic field, and iron shields the constant. Magnetic screens 4 (figure 1) are located on the outside of the frontal windings 1 and are mounted on the ends of the magnet body. The mounting design allows the movement of the screens in the direction perpendicular and parallel to the winding. Provides water cooling installed screens.

Подбирается экспериментальное положение дополнительных экранов 4 по изменению положения равновесной орбиты так, чтобы она находилась в центре аппертуры. Перемещение экранов 4 происходит в направлении, перпендикулярном лобовой обмотке 1 (фиг.1). Подбор положения экранов происходит по одному и группой. Оптимальное положение экранов таково, чтобы равновесная орбита по всему диаметру синхротрона находилась в центре аппертуры. Положение равновесной орбиты измеряется четырьмя датчиками 8. Тем самым торцовые поля формируются одинаково, т. е. магнитные экраны 4 формируют магнитное поле на краях квадрантов таким образом, что на него не оказывают искажающего воздействия размещенные в прямолинейных промежутках элементы 5, 6, 7, 9, 10. The experimental position of the additional screens 4 is selected by changing the position of the equilibrium orbit so that it is in the center of the aperture. The movement of the screens 4 occurs in the direction perpendicular to the frontal winding 1 (figure 1). Screen positioning is done one at a time and in a group. The optimal position of the screens is such that the equilibrium orbit along the entire diameter of the synchrotron is in the center of the aperture. The position of the equilibrium orbit is measured by four sensors 8. Thus, the end fields are formed identically, that is, the magnetic screens 4 form a magnetic field at the edges of the quadrants in such a way that the elements 5, 6, 7, 9 placed in straight spaces do not distort it , 10.

После постановки экранов максимальное смещение равновесной орбиты от центра аппертуры по радиусу уменьшается с 24 до 3 мм. Тем самым область, доступная для ускорения, близка к проектной - 60 мм. After setting the screens, the maximum displacement of the equilibrium orbit from the center of the aperture along the radius decreases from 24 to 3 mm. Thus, the area available for acceleration is close to the design - 60 mm.

Размещение дополнительных подвижных экранов на лобовых частях ведущих магнитов позволяет смещать равновесную орбиту пучка в центр области, доступной для ускорения, что приводит к повышению интенсивности ускоренного пучка на порядок. Placing additional movable screens on the frontal parts of the driving magnets allows one to shift the equilibrium beam orbit to the center of the region accessible for acceleration, which leads to an increase in the intensity of the accelerated beam.

Claims

ELECTROMAGNET OF FAST SYNCHROTRON, including a magnetic circuit with a winding, made in the form of a housing filled with iron packets lined in a direction perpendicular to the winding, and a frontal winding, between the frontal winding and the end of the magnetic circuit there is a copper screen, characterized in that, in order to radially increase the working area an electromagnet available for acceleration, additional movable screens are introduced into it, made of two-layer metals, shielding the constant and alternating components of the magnetic field, and mounted on the ends of the electromagnet on the outside of the frontal windings with the ability to move in a direction perpendicular to the frontal windings.