О1
со
00 Од 00 Изобретение относитс к оптике зар женных частиц, а именно к, фокусировке электронных или ионных , и может найти применение, например, в микроскопии. Известна магнитна линза, содержаща магнитопровод из ферромагнитного металла, обмотку возбутедени , вьтолненн то изолированным проводом круглого сечени , и водоохлаждаемые теплообменники из немагнитного металла . Фокусное рассто ние этой-линзы дл частиц с заданными массой, зар дом и энергией определ етс числом ампер-витков в обмотке возбуждени и конфигурацией магнитопровода. При этом габариты и вес линзы существенно завис т от допустимой пло ности тока в обмотке возбуждени , а надежность ее работы - от температуры и толщины межвитковой изол ции и изол ци обмотки от корпуса СП. Недостатки линзы данного типа мала степень заполнени сечени обмотки проводами, затрудненный отвод тепла от внутренних витков обмотки, слаба эффективность охлаждени , низ ка плотность тока в обмотке (23 А/мм ) и, как следствие, большие габариты и вес. Наиболее близкой к изобретению вл етс магнитна линза, содержаща магнитопровод, ленточную обмотку воз буждени , выполненную из электропровод щего материала, покрытого слоем изол ции, и охлаждаемые теплообменники , контактирующие с обмоткой возбуждени по ее торцовым поверхност м 2. В известной линзе вследствие высо кой степени заполнени обмотки метал лом с большим коэффициентом теплопро водности и эффективного отвода тепла осевом направлении рабоча плотность . тока в обмотке линзы составл ет 68 А/мм при относительной простоте ее КОНСТРУК1ДИИ, Магнитную линзу с л точной обмоткой отличает также срав нительна компактность и легкость, Однако известна линза характери зуетс низкой теплопроводностью сло изол ции между обмоткой и охлаждаемыми теплообменниками. Увеличение площади поперечного сечени этого сло ограничено наружным и внутренним радиусами обмотки, а уменьшение толщины сло - требовани ми к механической и диэлектрической прочности конструкции, т,е. требовани ми надежности . Лальнейтее повыгаение плотности тока в обмотке с целью мень- шени габаритов и веса магнитной линзы , вл етс невозможным. Цель изобретени - уменьшение веса и габаритов линзы за счет увеличрни допустимой плотности тока. Указанна цель достигаетс тем, что магнитна линза, содержаща магнитопровод , ленточную обмотку возбуждени , вьтолненную из электропровод щего материала, покрытого слоем изол ции, и охлаждаемые теплообменники , контактирующие с обмоткой возбуждени по ее торцовым поверхност м , снабжена дополнительной ленточной обмоткой из немагнитного теплопровод щего материала, размещенной между витками обмотки возбуждени и соединенной по торцам с поверхностью теплообменников. На чертеже схематически изображена магнитна линза, общий вид. Магнитна линза содержит магнитопровод 1 из ферромагнитного металла, обмотку 2 возбуждени , вьтолненную из ленты шириной и толщиной (Л, водоохлаждаемые теплообменники 3 из немагнитного материала, изолированные от обмотки возбуждени слоем изол ции толщиной /5 , межвитковуго изол цию 4 толщиной сЛ и дополнительную ленточную обмотку 5 из немагнитного теплопровод щего материала шириной Рр f - 2 Л и толщиной « , витки которой размещены между витками обмотки 2 возбуждени . Магнитна линза работает следующим образом. Прохождение тока через обмотку возбуждени создает магнитное поле, которое концентрируетс магнитопро- водом в области рабочего зазора шириной 5 и диаметром D, При этом фокусное рассто ние линзы дл частиц с определенной массой, зар дом и энер1ией обратно пропорционально квадрату числа ампер-витков в обмотке возбуждени , причем это число раничиваетс допустимой температурой обмотки. Дополнительна ленточна обмотка 5 улучшает услови теплообмена и тем самым позвол ет увеличить допустимую плотность тока обмотки возбуждени . При заданных параметрах линзы уменьшаетс необходимое число витков обмотки возбуждени , а 3 следовательно, ее вес и габариты настолько, что коьтенсируетс увели чение веса за счет введени дополни тельной обмотки. Это может быть про иллюстрировано следующим расчетным примером. Теплова мощность, вьщел юща с одной из секций линзы, может быть рассчитана по формуле fi( ( г-/1) где 3 - ток обмотки возбуждени ; f - удельное электрическое сопротивление меди при рабоче температуре; к и г - внешний и внутренними радиу сы обмотки соответственноJ Гт,, - число витков в секции обмот ки воэбу дцени . Эффективна разность температур между лентами обмотки возбуждени , по которой проходит ток, и дополнительной обмотки охлаждени равна p(,(,2rf-J 6 гс тегк„( где Ку - коэффициент теплопроводнос ти материала межвитковой изол ции. Вследствие малой толщины сло изол ции сЛу между витками и большой площади попеоечного сечени этого 7re(.J) сло -, разность темпера , c(V.A + 2tA, тур Ту невелика, и можно считать, что в каждом сечении обмотки, перп дикул рном оси, устанавливаетс при мерно одинакова температура. Осно ной градиент температур будет имет место в направлении продольной оси линзы. При этом на участке, равном ширине ленты обмотки возбуждени , обе леиты в тепловом отношении буд эквивалентны одной ленте толщиной сЛ + сЛр . Если начало оси координат совместить с центром секции обмотк то распределение температуры будет иметь вид Т Т - 2(V)() TU и т2 температуры в секции обмотки в сечени х с координатами 2 Он соответственно. 4 Если через Т(/2 обозначить температуру в плоскости z. f/2, совпадающей с боковой поверхностью ленты обмотки возбуждени , то т Т ° «K-i) Разность температур на сло х меди и изол ции составл ет (оу.сА,.2сЛ,) г/1 -пч-1).) где т - температура поверхности охлаждаемых теплообменников. В конечном итоге, дл линзы, в состав которой вход т ленточна обмотка возбуждени и дополнительна ленточна обмотка, ПОЛУЧИМ Т Т .zcTj ; ,) (Ч . г к„с/; %(,) Аналогично может быть определена разность (Т|| - ТД) дл линзы-прототипа , дл которой обмотка возбуждени соединена с теплообменниками только через слой изол ции, Положительный эффект реализуетс при условии Мм)/( Например, магнитна линза-прототип имеет обмотку возбуждени из медной ленты с коэффициентом теплопроводности К 4-10 Вт/м-град, в которой максимальна плотность тока равна 8 А/мм . Остальные параметры имеют следующие значени : | 4 , f г, 8,3 1-1, , л 2,1 -IQ- Mi TJI, ЗОС-, Т р 2,24-10 Ом-м и Jcd 3,47-10 АВИТ. При этом межвитко- ва изол ци вьтолнена из конденсаторной бумаги толщиной 2-10 м, пропитана эпоксидной смолой в вакууме и приклеена к водоохлаждаемым теплообменникам через слой изол ции тол- щикой Л 2,1-10 м. Эта величина и находитс около предела, определ емого требовани ми надежности. Пользу сь соотношением (71, нетрудно показать, что при В1зедснии дополнительной ленточной обмотки может быть изготовлена нова линза со следующими параметрами: т 2-10 м; Л Г lOSr, Л- 3- е