Устройство для отклонения пучка заряженных частиц

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее последовательно расположенные вдоль линии, совпадающей с траекторией заряженных частиц, три пары полюсов с обмотками возбуждения, образующих три межполюсных зазора с площадями Sf, Sz и Sj, стойки.для замыкания обратных магнитных потоков и каркас 57 ff соединяющий воедино все элементы устройства , при этом обмотки возбуждения среднего и крайних магнитов включены встречно, отличающееся тем, что, с целью снижения массы и габаритов и упрощения конструкции устройства, полюса укреплены на каркасе, выполненном в виде параллельных друг другу плит из ферромагнитного материала и соединяющих их стоек, при зтом площадь общего сечения стоек удовлетворяет выражению т q - f ч +ч я 1 Г в 2 где «j - коэффициент рассеяния магнитного потока; Вд - магнитная индукция в межполюсном зазоре; - магнитная индукция в стой- s ках магнитопровода.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 Н 05 Н 7 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ соединяющий воедино все элементы устройства, при этом обмотки возбуждения среднего и крайних магнитов включены встречно, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов и упрощения конструкции устройства, полюса укреплены на каркасе, выполненном в виде параллельных друг другу плит из ферромагнитного материала и соединяющих их стоек, при этом площадь общего сечения стоек удовлетворяет выражению

«Я. = — — (Б +Я -S,), ст где

В о

Вст

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3629551/24-21 (22) 28.07.83 (46) 30.11,86. Бюл. 11 - 44 (72) А,С,Федоров, Н.И,Дойников, Н.A,MoHocsoH, Ю.П.Севергин и M.М.Суворов (53) 621,384.6(088.8) (56) Котов В,И., Миллер В,В. Фокусировка и разделение по массам частиц высоких энергий. M., А-И, 1969, с, 82.

Патент Франции )1 - 2036373, кл. Н 05 Н 7/00, опублик. 19?1. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ

ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее последовательно расположенные вдоль линии, совпадающей с траекторией заряженных частиц, три пары полюсов с обмотками возбуждения, образующих три межполюсных зазора с площадями

S(S g и Sз, стойки.для замыкания обратных магнитных потоков и каркас, У 7 Я коэффициент рассеяния магнитного потока; магнитная индукция в межполюсном зазоре; магнитная индукция в стойках магнитопровода.! !45903

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при проектировании магнитных систем для отклонения пучков заряженных частиц, в частности, на выходе из линейных ускорителей электронов для медицины и промыщленности.

Известно поворотно-фокусирующее устройство, состоящее из 3-х электромагнитов, Их магнитопроводы имеют 10

С-образную форму и между собой в магнитном отнощении не связаны, Расположенными на полюсах катуп|ками возбуждения созданы в межполюсных зазорах однонаправленные магнитные поля. 15

Характерной особенностью подобных систем является наличие компенсации угловой и линейной дисперсии на выходе — ахроматичность, что обеспечивает сохранение поперечных разме- 20 ров пучка на мищени при изменении в пределах нескольких процентов его средней энергии, вызванной нестабильностью работы ускорителя, Существенным недостатком рассмотренного устройства является то, что а при общем угле поворота Р) 80 расстояние между соседними магнитами сильно возрастает, т.е, увеличиваются габариты устройства. Это ограничивает область его применения, особенно в прикладных целях, Наиболее близким известным техни— ческим решением является устройство для отклонения пучка заряженных частиц, содержащее последовательно расположенные вдоль линии, совпадающей с предполагаемой траекторией заряженных частиц, три пары полюсов с обмотками возбуждения, образующих три 40 межполюсных зазора с площадями Б,, "3

Б и Б стойки для замыкания обратных магнитных потоков и каркас, соединяющий воедино все элементы устройства, при этом обмотки возбуждения 45 среднего и крайних магнитов включены встречно.

К недостаткам этого устройства следует отнести следующее.

Необходимо создавать специальную 50 металлоконструкцию (каркас1 для обеспечения жесткой фиксации друг относительно друга всех трех электромагнитов с последующим присоединением ее к выходной части ускорителя. Отсюда, как следствие, у величение веса, габаритов и усложнение конструкции всего устройства. Особенно это проявляется в линейных ускорителях электронов для медицины, где магнитное отклоняющее устройство находится на коаксиальной части ускорителя, имеющего ротацию на а 360, В этом случае вес связующего каркаса значительно превьппает вес самих магнитов.

Радиационная безопасность обуславливает необходимость создания массивной и сложной по конфигурации биологической защиты вокруг устройства, надежно с ним связанной, >то вызывает дополнительные конструктивнь:е трудности.

Не использована возможность перераспределения между соседними магнитами их обратных потоков.

Целью настоящего изобретения является снижение массы габаритов и упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для отклонения пучка заряженных частиц, содержащем последовательно расположенные вдоль линии, совпадающей с траекторией заояженных частиц, tpH пары полюсов с обмотками возбуждения,образующих три межполюсных зазора с площадями Б ) о и Б > стоики для замыкания обратных магнитных потоков и каркас, соединяющий воедино все элементы устройства, при этом обмотки возбуждения ср:диего и крайних магнитов включены встречно, полюса укреплены на каркасе, выполненном в виде параллельных друг другу плит из ферромагнитного материала и соединяющих их стоек, при этом площадь общего сечения стоек удовлетворяет выражению где и — коэффициент рассеяния магнитного потока;

 — магнитная индукция в меж.о полюсном зазоре;

 — магнитная индукция в стойках магнитопровода, На фиг. изображено предложенное магнитное устройство для отклонения пучка заряженных частиц> общий вид, на фиг. 2 — то же, горизонтальный разрез по оси симметрии.

Устройство содержит три пары полюсов с обмотками возбуждения 2, расположенных вдоль линии, совпадающей с предполагаемой тра.екторией заряженных частиц 3 ° Каждая пара по3 ll люсов образует межполюсные зазоры

4. Полюса укреплены на плитах 5, которые соединены между собой стойками 6..;;На чертеже также схематически показаны линии магнитных потоков 7 и 8.

Устройство работает следующим образом. Плиты 5, соединенные между. собой стойками 6„ образуют жесткую конструкцию; Она является связующим каркасом для всех элементов устройства и соединяет его с самим ускорителем, Изготовление каркаса из ферромагнитного материала позволило объединить в магнитном отношении все

-три межполюсных зазора 4. Поэтому в плитах 5 происходит перераспределение обратных магнитных потоков, в результате чего через стОйку 6 про ходит не полный, а разностный магнитный поток 7,который и определяет площадь ее сечения, т.е, габариты и вес. Остальная часть магнитного потока 8 замыкается по плитам 5, соседним полюсам и межполюсному зазору 4, Иллюстрация имеющей место экономии расхода магнитопроводящих материалов видна из следующих соотношений:

В = Q -- "- В

$„3

$4 $

1 где В;. — индукция в -ом сечении магнитопровода, o — коэффициент рассеяния магнитного потока;

$, — площадь межполюсного зазора;

$, — площадь магнитопровода в

i-ом сечении;

В, — индукция в межполюсном зазоре; — полный магнитный поток с учетом рассеяния.

Отсюда суммарное сечение стоек ь р+Ч Ч 6В

Р еТ

В, В 3 2

45903 а так как для каждой конструкции а магнитопровода -- — =const=K

B„T то ZS =K($ +$ -$ ).

В общем случае можно утверждать, что при объединении в магнитном отношении всех трех межполюсных зазоров,т.е. при применении единого маг10 нитопровода, площадь стоек будет сокращаться пропорционально:

a) отношению разности величин встречных магнитных потоков к сумме их абсолютных величин, или

f5 б) отношению модуля разности площадей межполюсных зазоров противоположным направлением векторов магнитной индукции.к сумме их площадей.

Магнитное устройство, выполненное по данной заявке, будет применено в выходном устройстве "Единой серии линейных ускорителей электронов на базе клистрона "Бодрость" и в опытном образце терапевтического ускорителя на 40 МэВ.

Технико-экономические данные заявляемого образца не представляе ся возможным сравнить с базовым устройством, т,к . в настоящее время отечественная промьппленность выпускает терапевтические ускорители электронов до 25 МэВ, в которых на выходе уста35 новлен один 270 — градусный поворотный электромагнит.

Поэтому обоснование технико-экономических преимуществ предлагаемого магнитного устройства основывалось на том, что применение общего ярма по зволяет отказаться от связующей рамы, уменьшить габариты, вес магнитопровода, упростить конструкцию. Эскизная разработка показала, что вес

45 заявленного устройства снизится приблизительно на ЗОЖ, что в первом приближении можно считать пропорциональным снижению стоимости (около

20 тыс.руб.).

ll45903

Редактор Т.Лошкарева Техред К.Попович Корректор Г.Решетник

Закаэ 6500/4 Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4