Мультипольная линза

 

МУЛЬТИПОЛЬНАЯ ЛИНЗА, содержащая постоянные магниты, расположенные в несколько рядов между соосными цилиндрическими поверхностями с возможностью перемещения рядов по азимуту отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства)уменьшения его габаритов и увеличения напряженности, поля, постоянные магниты выполнены в виде сплошных цилирщрических трубок , а направление оси легкого намагничивания Т в каждой точке отдельного магнита определяется следующим выражением Т iT cos К /i + К/5, sin где п, С - орты цилиндрической системы координат г, |, Z, ось Z которой совмещена с продольной осью линзы; . /5 - азимут точки магнита; К - мультипольность магнита, К ±1, ±2 „оо 2о Устройство по п. 1, о т л и Ч аю щ ее с я тем, что мультипольность магнитов в каждой из трубок совпадает С/) С с частотой одной из азимутальных гармоник Фурье-разложения суммарного рабочего поля линзы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1)5 Н 05 Н 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3528395/18-21 (22) 27.12.82 (46) 15.08.90. Бюл. М 30 (72) В,С,Скачков, Н.В.Лазарев, В.С.Растегаев и Е.Д.Шапяев (53) 621,384.6(088,8) (56) Капчинский И.М. и др, Магнитотвердые квадрупольные линзы для трубок дрейфа -линейных. ионных .ускорителей ПТЭ Ф 5,,1977, с.42.

Авторское свидетельство СССР

У 766550, кл. Н 05 Н 7/04, 1979. (54)(57) МУЛЬТИПОЛЬНАЯ ЛИНЗА, содержащая постоянные магниты, расположенные в несколько рядов между соосными цилиндрическими поверхностями с возможностью перемещен1я рядов по азимуту» отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства уменьшения его гаИзобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в качестве фокусирующих магнитных элементов ускорителей, в частности в качестве квадрупольных линз фокусирующего канала линейного ускорителя ионов.

Известна мультипольная линза, содержащая постоянные магниты, выпол" ненные в виде магнитотвердых блоков, и полюсные наконечники.

В известном устройстве фокусиров" ка заряженных частиц осуществляется ,под действием магнитного поля, которое создается магнитотвердымн блоками и формируется магнитомягкими по1 люсными. наконечниками. Однако эти

„.80„„11ОООЗ1 А 1

2 баритов и увеличения напряженностй поля, постоянные магниты выполнены в виде сплошных цилиндрических трубок, а направление оси легкого намагничивания Т в каждой точке отдельного магнита определяется следующим выражением

Т = и cos КP + ь з3.п КР, где и,, — орты цилиндрической системы координат г, g Z ось Z которой совмещена с продольной осью линзы; азимут точки магнита; К вЂ” мультипольность магнита, К = 1 1, +2

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что мультипольность е магнитов в каждой из трубок совпадает с частотой одной из азимутальных гармоник Фурье-разложения суммарного

С рабочего поля линзы. линзы относятся к явнополюсному типу магнитов. В них для достижения поля большой величины и высокой точности

его конфигурации необходимо применять полюсные наконечники и ярмо, не позволяющие сделать линзу малогабаритной, что является недостатком известного устройства, Прототипом данного изобретения является мультипольная линза, содержащая постоянные маг." киты, расположенные в несколько рядов между соосными цилиндрическими д» поверхностями с возможностью перемещения рядов по азимуту.

При работе известного устройства фокусировка заряженных частиц осущест- вляется магнитным полем, создавае11090З1»

K = 219

« j0 0 °

+2 у Й 4 .!) В (г,ср) К х

1 — - (— )

К-1 R

4 мым постоянными магнитами. При этом магнитный материал максимально приближен к рабочей области, а для получения прецизионного поля в рабочей области применяется достаточно большое количество постоянных магнитов, выполненных в виде магнитных стержней, устанавливаемых вокруг рабочей области с возможностью поворота их магнитных моментов!! Однако в этой . линзе не может быть использовано межстержневое пространство, составляю щее не менее 25Х общего объема линзы, что приводит к снижению поля на столь-q5 ко же процентов, что является недостатком известного устройства. Неиспользование межстержневого пространства при прочих равных. условиях приводит к увеличению габаритов линзы, 20 что также является недостатком известного устройства, Кроме того, наличие большого количества отдельных деталей - стержней, усложняет конструкцию устройства, 25

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков,т.е. упрощение конструкции устройства., уменьшение его. габаритов и увелич:.:,-.:е напряженности поля. ЗО

Поставленная цель достигается тем, что в мультипольной линзе содержах,РЙ постоянные магниты, расположенные в . несколько рядов между соосными цилн!дрическими поверхностями с возможно-.

35 стью перемещения рядов по азимуту, постоянные магниты выполнены в виде сплошных цилиндрических трубок, а направление оси легкого намагничивания

T в каждой точке отдельного магнита определяется следующим выражением".

Т n cos Кф+ <, вха КР, (1)

1где й, < - орты цилиндрической сисRg -э о 1п -- a (К=1

K r к-!

Х вЂ - (†)

К-1 R

4ф ф е . где а = n cos K - i втп К11!; r <рк

%. координаты точки. наблюдения Q; 7 -э модуль вектора намагниченности I I>

«V; P магнитная постоянная. . При,К = 1 магнит создает в oG mac Р a g,. дипольное однородное ноле. 1!ри К = 2 рабочее поле в той темы координат,r,cp, Е, ось Z которой совмещена с продольной осью линзы; 3 — азимут точки магнита; К— мультипольность магнита

Поставленная цель достигается также тем, что мультипольность магнитов в каждой из трубок совпадает с час-. тотой одной из азимутальных гармоник

Фурье-разложения суммарного рабочего поля линзы, Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен один цилиндрический элемент линзы с частичным вырезом одного квадранта, где К 4 и R<— внутренний и внешний радиусы магнита;

Х, У, Š— декартова система координат; О (5 — полярные координаты текущей точки магнита M; r, Y — полярные координаты точки наблюдения Я;

Ф

Т вЂ” единичный вектор, определяющии текстуру магнита; — угол наклона вектора Т по отношению к радиусу"вектору точки И, !

В рабочем состоянии в магнитотвер-1 дой трубке создана текстура, описыва" емая единичным вектором Т, совпадающим с осью легкого намагничивания в текущей точке M (11,p) магнита (R< а К c Rz)o НаправЬение текстуре задается -.àê, чтобы угол 11 между вектором и радиус-вектором точки И был в К раз больше азимута Р точки М, т.к, Т = í cos KR+ g sin К, где К - це1" -Ф -ь лое число, а n c, - нормальный и тангенциальный орты цилиндрической си" стемы координат

В результате указанного распределения намагниченности создается мультипольное магнитное поле, которое в общем случае имеет вид:

R k-!,-ъ

1 (й) ак,(Z»1 r СR;)(2)

RR Ki 4

1-(-") а„(К с 0;,. r o R ), же области квадру!!ольно. 3 общем слу чае К = 1 + 2... и определяет мультипольность линзы; рабочее поле представлено единственной гармоникой с частотой, равной К. При К ) 0 поле локализовано в области r а R<, à s области r o R< рассеянное поле отсут" ствует. При К (0 поле локализовано

Ф в области r тК, а в области r «R1 оно отсутствует.

Для регулировки величины рабочего поля линза составляется из соосных трубок, насаженных одна поверх другой или одна за другой по ходу движения пучка заряженных частиц, с возможностью азимутального вращения групп трубок друг относительно друга, Поле в апертуре линзы в общем случае может быть представлено рядом

r" с„ fn сов к (q — О )к=

Ф s in K (cf - g„) J, (3) -4в

В =

Редактор С,Титова Техред Л Олийнык Корректор И.Кучерявая

Заказ 3085 Тираж б66 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по Изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 где константы С н 8 ч зависят только от краевых условий на границе рабочей области r .R . Поскольку амплитуды гармоник, начиная с некоторого значения индекса К, только убывают по величине так, что при заданной точности воспроизведения можно ограничиться суммой с конечным числом членов ряда (3), отбросив остаток ряда, на практике можно составить линзу из набора трубок, каждая из, которых настроена на одну.из гармоник суммы удерживаемых членов ряда (3). В результате будет получена линза, создающая требуемое поле В с заданной точностью, Аналогичное утверждение можно сделать. по отношению к линзе, создающей поле во внешней области

r 0 К . Тогда линзы необходимо составить из набора трубок, настроенных на одну из г.гармоник соответствующего

0903I б ряда, представляющего поле в области

r 2 R, toeo из трубок, отвечающих значениям К< О., В итоге предложенная

5 линза позволяет создавать практически произвольное по конфигурации рабочее поле, Предлагаемая линза изготавливается из сплава на основе редкоземельных

10 металлов и кобальта (P3M"Со) методом порошковой металлургии На этапе формирования необходимой текстуры при прессовании, в области матрицы, куда засыпается исходный сплав в виде порошка тонкого помола, создается магнитное мультипольное поле, что может быть обеспечено с помощью многополюсных магнитов, в частности, предпочтительно неявнополюсных мультипольных электромагнитов На других этапах (прнготовление порошка сплава, спекание, термообработка) технология йзготовления линзы ничем не отлича- ется от той, которая применяется при

25 изготовлении других магнитов из сплавов РЗМ-Со. В результате создается монолитный постоянный магнит, намагничнваемый внешним полем, которое совпадает по конфигурации с созданной в магните текстурой, Таким образом, в данной линзе для создания магнитного поля полностью используется материал трубки, что и обеспечивает уменьшение габаритов и увеличение магнитного поля по сравнению с прототипом, а отсутствие множества отдельных деталей упрощает конструкцию.