Магнитная фокусирующая система

 

МАГНИТНАЯ ФОКУСИРУЮЩАЯ СИСТЕМА , содержащая четырехполюсную линзу, вьшолненную в виде двух С-образных магнитопроводов с межполюсными окнами, в которых размещены катуш ки возбуждения, профилированными полюсньти наконечниками которых образован рабочий канал с магнитным полем квадрупольной конфигурации, отличающаяся тем, что, сцелью повьшения предельного тока частиц и расширения функциональных возможностей , она снабжена дополнительной четырехполюсной линзой, идентичной первой линзе, при этом обе линзы разнесены в поперечном направлении к медианной плоскости, а С - образные магнитопроводы обеих линз, находящиеся по одну сторону общей медианной плоскости ,, объединены в две пары с nor мощью двух катушек возбуждения, размещенных в межполюсных окнах соответствующих пар.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PECllVEi JlHH

09) (11) с 1) 4 Н 05 Н 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2I) 3542789/18-21 (22) 25.01.83 (46) 30.11.86. Бюл. У 44 (72) Н.И. Дойников, А.С.Федоров и И.А.Шукейло (53) 621.384.6(088.8) (56) Ливингуд Дж..Иринцип работы циклических ускорителей. Изд-во иностранной литературы. М., 1963, с.389-406.

G.Т.Danfy et al US Patent

У 3393385, July 16, 1968, Quadrupole

magnet with reduced fuld distortion. (54)(57) МАГНИТНАЯ ФОКУСИРУЮЩАЯ СИСТЕМА, содержащая четырехполюсную линзу, выполненную в виде двух С-образных магнитопроводов с межполюсными окнами, в которых размещены катушки возбуждения, профилированными полюсными наконечниками которых образован рабочий канал с магнитным полем квадрупольной.конфигурации, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения предельного тока чаотиц и расширения функциональных возможностей, она снабжена дополнительной четырехполюсной линзой, идентичной первой линзе, при этом обе линзы разнесены в поперечном направлении к медианной плоскости, а С вЂ” образные магнитопроводы обеих линз, находящиеся по одну сторону общей медианной плоскости, объединены в две пары с по-. мощью двух катушек возбуждения, размещенных в межполюсных окнах соответствующих пар.

1117910

Изобретение относится к ускорительной технике и прежде всего к фокусировке параллельных пучков заряженных чаетиц, расположенных в одной плоскости, 5

Фокусировка пучков заряженных частиц высокой энергии, как правило, осуществляется четырехполюсными магнитами (линзами), в которых применен принцип жесткой фокусировки. Конст- 10 руктивно линза выполнена иэ магнито.— проводящего ярма, жестко связывающего все полюса, которые расположены симметрично относительно взаимно перпендикулярных плоскостей, проходя- 15 щих через оптическую ось линзы. В рабочем зазоре между профилированными полюсными наконечниками формируется магнитное поле квадрупольной конфигурации, созданное магнитным потоком четырех катушек возбуждения, расположенных на полюсах .

Обеспечивая высокие магнито-фокусирующие характеристики, линзы типа аналога имеют поперечные размеры, значительно превышающие величину их рабочего зазора, что обусловлено конструкцией ярма. Это является сущест- . венным недостатком.

Наиболее близким техническим решением является устройство, в котором, по сравнению с аналогом, сокращен один иэ поперечных размеров. Оно представляет из себя электромагнит 35 состоящий иэ магнитопроводов С-образной формы, в каждом из которых оба полюса соединены между собой ферромагнитной перемычкой. Магнитопроводы установлены в пространстве таким об- 40 разом, чтобы между их полюсами формировалось квадрупольное магнитное поле, создаваемое двумя катушками воэ" буждения, каждая иэ которых расположена в соседних межнолюсных окнах. 45

Для обеспечения постоянства заданного пространственного положения полюсов, а следовательно, и рабочего зазора, магнитопроводя соединены между собой тонкими конструктивными элементами, практически не увеличивающи" ми поперечных размеров электромагни- . та. Таким образом, в прототипе один .из поперечных размеров уменьшается на величину двух толщин межполюсных 55 ферромагнитньп перемычек.

Недостатки прототипа выявляются при его применении в двухканальной магнитной фокусирующей системе.

Устройство обладает низким пре" дельным током частиц и в нем не обеспечиваются: упрощение конструкции катушек; снижения энергопотребления; снижения расхода токопроводящих и изоляционных материалов; снижения расхода теплоотводящей воды.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных воэможностей системы и повышение предельного тока частиц.

Поставленная цель достигается тем, что магнитная фокусирующая система, содержащая четырехполюсную линзу, выполненную в виде двух С-образных магнитопроводов с межполюсными окнами, в которых расположены катушки возбуждения, профилированными полюснь1ми наконечниками которых образован рабочий канал с магнитным полем квадрупольной конфигурации, снабжена дополнительной четырехполюсной линзой, идентичной первой линзе, при этом обе линзы разнесены в поперечном направлении к медианной плоскости, а С вЂ” образные магнитопроводы обеих линз, находящиеся по одну сторону общей медианной плоскости, объединены в две пары с помощью двух катушек возбуждения, размещенных в

° межполюсных окнах соответствующих пар.

Попарное объединение магнитопроводов общей (единой) катушкой возбуждения позволяет получить в обоих зазорах сдвоенных линз требуемое поле при длине токовых витков, практически вдвое меньшей, чем у прототипа.

Это обусловлено тем, что магнитное поле рабочих зазоров заявляемого устройства создается потоками, возникающими вокруг каждой из продольных сторон катушек возбуждения, зеркальйо установленных относительно медианной плоскости в межполюсных окнах. Пропорционально уменьшению дли ны витков, а следовательно и расходу токопроводящих и изоляционных матери" алов, уменьшается их сопротивление, т.е. энергопотребление магнитной фокусирующей системой. Это, в свою очередь, снижает расход теплоотводящей воды.

Значительно упрощается конструкция катушек возбуждения .- их намотка производится в одной плоскости.

1117

Катушки возбуждения заявляемого устройства расположены только в межполюсных окнах магнитопроводов. Это вызывает незначительную асимметрию магнитного поля в рабочем зазоре.

Она устраняется за счет того, что внешние боковые поверхности полюсоь имеют скосы, угол которых зависит от размеров зазора и допустимых в нем отклонений распределения магнит- .10 ного поля от линейного закона. Величина угла скоса устанавливается либо математическим моделированием, путем решения двухмерной задачи распределения магнитного поля в рабочем за- 15 зоре, либо экспериментальным путем.

С целью обеспечения жесткой фиксации друг относительно друга четырех магнитопроводов, образующих в совокупности две квадрупольные.линзы, .0 применены металлические листы из не-. магнитного материала. Их конфигурация повторяет внешний вид контура сдвоенной линзы с апертурными отверстиями., Эти листы устанавливаются как с тор- !5 цов, так и, при необходимости, по длине устройства. Ввиду того, что их толщина значительно меньше длины активного железа, вызываемое ими искажение продольного магнитного поля бу-0 дет несущественным.

На фиг.l изображен поперечный разрез двухканальной магнитной фокусирующей системы; на фиг.2 — продольный разрез.

Система содержит две квадрупольные линзы, каждая из которых образована двумя С-образными магнитопроводами 1, зеркально расположенными относительно медианной плоскости 2. 10

Профилированными полюсными наконечниками 3 в рабочих каналах 4 сформировано требуемое квадрупольное фокусирующее магнитное поле, которое cos910 4 дается магнитными потоками S, возбуждаемыми катушками 6 возбуждения, размещенными в межполюсных окнах 7.

Для обеспечения однородности магнитного поля рабочего зазора внешние стороны полюсов имеют скосы 8. Фиксация друг относительно друга четырех магнитопроводов осуществляется металлическими листами 9 из немагнитного материала.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Магнитные потоки 5, возбуждаемые катушками 6 возбуждения, замыкаются через зеркально расположенные отно" сительно медианной плоскости 2 магнитопроводы 1.. В рабочих каналах 4 профилированными полюсными наконеч1 никами 3 формируется магнитное поле квадрупольной конфигурации с требуемыми фокусирующими характеристиками.

Увеличение числа каналов в.2 раза позволяет повысить в 2 раза предельный ток частиц, а также пропускать различные частицы в этих каналах, в сравнении с двумя идентичными каналами по прототипу дает следующие технико-экономические преимущества:

1. Сокращаются поперечные размеры линз. Это позволяет осуществлять проводку двух параллельных пучков заряженных частиц при меньших поперечных габаритах трассы, что снижает капитальные затраты.

2, Существенно упрощается конструкция катушек возбуждения. Они стали менее трудоемкими.

3. Сокращается расход дорогостоящих токопроводящих и изоляционных материалов.

4. Снижается энергопотребление.

5. Снижается расход теплоотводящей воды.

Л

Редактор Ф.Федотов Техред К.Попович ., Корректор Г.Решетник

Заказ 6500/4 Тирак 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4