SU1741183A1 - Магнитна система дл удержани плазмы в резонансном ионном источнике циклотрона - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к магнитным системам на посто нных магнитах. Сущность изобретени : магнитна  система содержит два дополнительных мозаичных кольца из анизотропных высококоэрцитивных посто нных магнитов, состо щих из 2/3 п штук участков с направлением оси легкого намагничивани  под углом 45е к оси легкого намагничивани  на полюсных и межполюсных объемах устройства и противоположно им направленных. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , точнее к магнитной системе из посто нных магнитов в ионном источнике. Она может примен тьс  в ионных источниках циклотронов резонансного типа дл  удержани  плазмы или пара, газа.

Известна магнитна  конструкци  дл  удержани  плазмы з счет формировани  магнитной индукции в радиальном направлении с помощью посто нных магнитов. Шесть посто нных магнитов в виде брусков, создающих радиальное шестиполюсное магнитное поле, креп тс  наружными полюсами за счет сил прит жени  на внутреннюю поверхность цилиндра из магнитом гкого материала. Така  конструкци  позвол ет существенно сократить длину посто нных магнитов, формирующих поле (п тикратна  экономи  ферромагнитного материала). Кроме того, увеличиваетс  величина магнитной индукции в рабочем объеме магнитной системы до 0,55 Тл.

К недостаткам этой конструкции следует отнести низкую однородность пол  в рабочем объеме магнитной системы, котора  определ етс  технологическим разбросом свойств посто нных магнитов. Максимальна  неоднородность осевого пол  наблюдаетс  вблизи торцов магнитной системы, объ сн етс  краевыми эффектами.

Известна конструкци  магнитной системы , состо ща  только из магнитотвердого материала и представл юща  собой п-гран- ный цилиндр, состо щий из п пр моугольных в сечении участков с радиальным намагничивай нем с чередующейс  пол рностью и п сегментных участков с тангенциальным намагничиванием. Первый тип участков - полюсные магниты, второй - межполюсные; они располагаютс  в промежутках между полюсными участками. Устройство предназначено дл  формировани  радиального шестиполюсного магнитного пол  во внутреннем рабочем объеме п-гран- ного цилиндра. Это устройство отличаетс  введением в конструкцию сегментных участков с тангенциальным намагничиванием. За счет этого достигаетс  повышение односл

с

VJ

N

00

со

родности осевого пол  в рабочем объеме устройства, главным образом, в его средней части. Кроме этого, увеличиваетс  абсолютное значение пол .

Однако эта конструкци  не позвол ет устранить неоднородность осевого пол  на кра х магнитной системы.

Целью изобретени   вл етс  повышение однородности пол  вдоль оси магнитной системы у ее торцов.

Поставленна  цель достигаетс  за счет дополнительного введени  в магнитную систему дл  удержани  плазмы в резонансном ионном источнике циклотрона, представл ющую собой граненый цилиндр с n-гранны внутренним отверстием и состо щую из п полюсных пр моугольных в поперечном сечении цилиндра участков и п межполюспых треугольных в поперечном сеченииучзстков, причем полюсные участки намагничены радиальнс с чередующейс  пол рностью, а межполюсные участки намагничены тангенциально с чередующейс  пол рностью так, что полюс каждого полюсного участка, направленный к оси цилиид- ра, совладает с одноименными полюсами межпол.юскых участков, прилегающих к его гран м, двух мозаичных колец, расположенных соосно на торцах цилиндра и имеющих внутреннее отверстие, .совпадающее с п- гранным внутренним отверстием цилиндра, а внешний ди метр не больше внешнего диаметра цилиндра, причем каждое кольцо состоит из Зл высококоэрцитивных посто нных магнитов, У,З которых п имеют пр мо- угольное сеченке и установлены соответственно на полюсных участках магнитной системы, а 2п имеют треугольное сечение и расположены по два между п пр моугольными участками, при этом каждый из участков мозаичных колец намагничен под углом 45° к оси намагниченности соответствующего участка магнитной системы так, что проекци  вектора намагниченности каждого участка кольца на ось намагничен- ности соответствующего участка магнитной системы совпадает с ней по направлению.

Кроме того, намагниченность и коэрцитивна  сила магнитотвердого материала мозаичных колец не ниже, чем у материала магнитной системы.

На чертеже приведена конструкци  магнитной системы дл  удержани  плазмы в резонансном ионном источнике циклотрона.

Граненый цилиндр, состо щий из по- люсных 1 и межполюсных 2 участков и мозаичное кольцо 3 (на чертеже приведена только одна симметрична  часть магнитной системы), состо щее из п полюсных 4,5,6,7,8,9 и 2п межполюсных участков.

Мозаичные кольца 3 установлены на торцах n-гранного цилиндра (магнитной системы ) таким образом, что их внутренние отверсти  совпадают, а полюсные участки мозаичных колец 4,5,6,7,8,9 лежат на полюсных участках 1 магнитной системы, соответственно межполюсные - на межполюсных участках системы.

Ориентаци  намагниченности всех участков мозаичных колец под углом 45° к ос м камагниченностей соответствующих участков магнитной системы, например, намагниченность полюсного участка мозаичного кольца направлена под углом 45° к намагниченности полюсного участка магнитной системы , причем проекци  вектора намагниченности мозаичного кольца совпадает по направлению с намагниченностью полюсного участка магнитной системы, тем самым усиливаетс  радиальна  составл юща  пол  у торцов магнитной системы. Ана- ло1ично вли ние двух межполюсных участков мозаичных колец. В результате усилени  радиальной составл ющей пол  вдоль оси магнитной системы у ее торцов однородность магнитного пол  повышаетс .

Изменение направлени  намагниченности , отличного от угла 45° к оси намагни- чивани  соответствующих участков магнитной системы, приводит к уменьшению эффективности мозаичных колец, а именно, того же эффекта можно добитьс  большим расходованием магнитотвердого материала, т.е. при большей толщине колец. В широком диапазоне размеров магнитной системы толщина колец определ етс  не более 5-10 мм, Это объ сн етс  слабым вли нием геометрии мозаичного кольца на рабочую точку его участков. Это же относитс  и к диаметру мозаичного кольца, поэтому увеличение его больше, чем диаметр магнитной системы, смысла не имеет.

Выбор магнитотвердого материала мозаичных колец также обусловлен эффективностью их использовани , а именно, чтобы при минимальной толщине кольца, величина проекции вектора намагниченности на ось намагниченности соответствующего участка магнитной системы была не меньше величины вектора намагниченности радиальной или тангенциальной, соответственно полюсного и межполюсного участков магнитной системы. Так например, если магнитна  система изготовлена из сплава КС37, то материал мозаичных колец может быть КС37, -КС37А, Nd-Fe-B и т.д., зсли магнитна  система выполнена из Nd-Fe-B, то материал мозаичных колец может быть Nd- Fe-B, КС25.

Чтобы реализовать предлагаемую магнитную систему, необходимо изготовить ее полюсные участки в виде призм, а также межполюсные участки в виде сегментов. За- тем собрать эти участки в виде граненого цилиндра. Причем перед сборкой необходимо намагнитить полюсные участки в радиальном направлении, сегментные - в тангенциальном. В рабочем внутреннем пространстве этой системы формируетс  п- полюсное радиальное поле. Причем радиальна  составл юща  этого пол  неоднородна, особенно вблизи ееторцов на длине до 20 мм от кра  за счет краевых эффектов, т.е. за счет рассеивани  пол  на кра х магнитной системы.

Мозаичные кольца собираютс  из двух типов посто нных магнитов: в виде призм и в виде треугольных в сечении магнитов, которые можно получить порезкой из призматических магнитов. Причем исходные заготовки посто нных магнитов имеют направление намагниченности под углом 45 к их плоским гран м, которыми они соприкасаютс  с торцами магнитной системы. От- дельные участки мозаичного кольца собираютс  вместе по схеме, указанной на чертеже, и кольца устанавливаютс  на тор- цах магнитной системы. В результате происходит увеличение радиальной и тангенциальной составл ющих намагниченности магнитной системы, улучшаетс  однородность магнитного пол  вблизи тор- цов системы. Так например, если магнитна  система и мозаичные кольца изготовлены из магнитотвердого материала Nd-Fe-B, то неоднородность пол  сохран етс  не более, чем на длине 3-5 мм от кра . Таким образом, достигаетс  положительный эффект в конструкции магнитной системы, а именно, повышаетс  однородность пол  вдоль оси магнитной системы у ее торцов, т.е. действие краевого эффекта охран етс  на значи- тельно меньшем рассто нии (4-6 раз).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   1Магнитна  система дл  удержани  плазмы в резонансном ионном источнике циклотрона, представл юща  собой граненый цилиндр с n-гранным внутренним отверстием и состо ща  из п-полюсных пр моугольных в поперечном сечении цилиндра участков и n-межполюсных треугольных в поперечном сечении участков, причем полюсные участки намагничены ра- диально с чередующейс  пол рностью, а межполюсные участки намагничены тангенциально с чередующейс  пол рностью так, что полюс каждого полюсного участка, направленный к оси цилиндра, совпадает с одноименными полюсами межполюсных участков, прилегающих к его гран м, отличающа с  тем, что, с целью повышени  однородности пол  вдоль оси магнитной системы у ее торцов, она дополнительно содержит два мозаичных кольца, расположенных соосно на торцах цилиндра и имеющих внутреннее отверстие, совпадающее с n-гранным внутренним отверстием цилиндра, а внешний диаметр не больше внешнего диаметра цилиндра , причем каждое кольцо состоит из Зп высококоэрцитивных посто нных магнитов, из которых п имеют пр моугольное сечение и установлены соответственно на полюсных участках магнитной системы, а 2п - имеют треугольное сечение и расположены по два между п пр моугольными участками, при этом каждый из участков мозаичных колец намагничен подуглом45 коси намагниченности соответствующего участка магнитной системы так, что проекци  вектора намагниченности каждого участка кольца на ось намагниченности соответствующего участка магнитной системы совпадает с ней по направлению

   2Магнитна  система по п. отличающа с  тем, что намагниченность и коэрцитивна  сила магнитотвердого материала мозаичных колец не ниже, чем у материала магнитной системы.