Магнит для поворота пучка заряженных частиц

 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при проектировании магнитных систем для ахроматического поворота пучков заряженных частиц на выходе линейных ускорителей промышленного и медицинского назначения. Магнит для поворота пучка заряженных частиц содержит обмотку 1 возбуждения, охваченную стойками ярма обратного магнитопровода 2, полюсные наконечники 3, 4, формирующие неоднородные поля с показателем спада n₁ и n₂ соответственно. Круговая осевая траектория в поворотном магните имеет радиус поворота R. Углы поворота частиц на локальных участках с показателями спада n₂ и n₂ равны ϕ_o и ϕ₂ соответственно. AAʹ плоскость зеркальной симметрии магнита. Магнит имеет повышенную стибильность оптических параметров пучка заряженных частиц на выходе путем устранения в нем линейной и угловой дисперсии. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при проектировании магнитных систем для ахроматичного поворота пучков заряженных частиц на выходе линейных ускорителей промышленного и медицинского назначения. Целью изобретения является повышение стабильности оптических параметров пучка заряженных частиц на выходе устройства путем устранения линейной и угловой дисперсии в магните, определяющих зависимость поперечного фазового объема пучка от его энергетического спектра на входе в магнит. Изобретение поясняется фиг. 1, где дан общий вид устройства в сечении его медианной плоскостью; на фиг. 2 азимутальная развертка устройства вдоль направления движения пучка S; на фиг. 3 дисперсная функция D и огибающая пучка в радиальной плоскости; на фиг. 4 огибающая пучка в вертикальной плоскости. Устройство содержит обмотку возбуждения 1, охваченную стойками ярма обратного магнитопровода 2, полюсный наконечник 3, формирующий неоднородное поле с показателем спада n₁, полюсный наконечник 4, формирующий неоднородное поле с показателем спада n₂. Круговая осевая траектория в поворотном магните имеет радиус поворота R. Угол поворота частиц на локальном участке с показателем спада поля n₁ равен ϕ₁. Угол поворота частиц на локальном участке с показателем спада поля n₂ при числе участков 2 равен ϕ₂, ААʹ плоскость зеркальной симметрии магнита. Устройство работает следующим образом. Пучок ускоренных частиц, проходя последовательно участки ϕ₁, ϕ₂, ϕ ₃, ϕ с разными значениями показателя спада поля фокусируется одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях и поворачивается на угол Q=2(ϕ₁+ ϕ₁). Показатели спада поля на первом ϕ₁ и втором участках ϕ₂ выбираются так, что удовлетворяется соотношение sin + cos × × + 0, где n_1,2=-R показатель поля, соответственно на первом и втором участках, причем n₁>0, n₂<0. В этом случае в плоскости зеркальной симметрии АА (фиг. 1) угловая дисперсия будет равна нулю. И в силу зеркальной симметрии всей системы на выходе магнита будет отсутствовать линейная и угловая дисперсии. А это значит что поворотный магнит обладает ахроматичными свойствами. Следовательно, радиальный эмиттанс пучка остается точно таким же, как и на выходе в магнит, и не зависит от разброса частиц по энергии. Число участков К с различными значениями показателя спада поля, их протяженность и величины выбираются в зависимости от конкретного назначения магнита. ϕ_1,2 углы поворота соответственно первого и второго участков; R радиус поворота круговой равновесной траектории; при К 3 показатель спада поля на первом участке по ходу движения частиц имеет знак (-), на втором участке (+), на третьем (-), величины градиентов связаны между собой соотношением sin ch · + + · + + + cos( sh() + + ch() + + 0, где n_1,2,3 показатели спада поля соответственно на 1-м, 2-м и 3-м участках; ϕ_1,2,3 углы поворота соответственно 1-го, 2-го и 3-го участков. На фиг. 2-4 в качестве конкретного примера реализации представлено поворотное устройство терапевтического линейного ускорителя электронов. Поворотное устройство представляет собой ахроматичную систему с углом поворота 130^о, состоящую из трех магнитов. Система выполнена оптимально в соответствии со своим назначением, т.е. имеет наименьшие масса-габаритные характеристики. Общий угол поворота пучка магнитным полем составляет ≈ 240^о. Поворотное устройство представляет собой одиночный магнит, у которого К=3 ϕ₁= 0,2798 рад. ϕ ₂=0,4740 рад. ϕ₃=0,3803 рад. n₁=-6,96, n₂=7,037, n₃=-7,12, R=10 см; высота воздушного зазора вдоль осевой траектории h=1 см. На фиг. 3, 4 приведены дисперсионная функция D и огибающие пучка (-радиальное движение), ( вертикальное движение).

Формула изобретения

1. МАГНИТ ДЛЯ ПОВОРОТА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий расположенные симметрично относительно медианной плоскости полюсные наконечники, на которых размещена обмотка возбуждения, охваченная ярмом обратного магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности оптических параметров пучка заряженных частиц на выходе устройства путем устранения линейной и угловой дисперсии в магните, полюсные наконечники выполнены в виде последовательно расположенных в азимутальном направлении участков, на каждом из которых обращенные к медианной плоскости поверхности полюсных наконечников имеют форму конфокальных гипербол с противоположно направленными в соседних участках углами наклона гипербол к медианной плоскости, причем все участки зеркально симметричны относительно половины угла поворота магнита. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число азимутальных участков равно двум и при этом выполняются условия

при n₁ > 0; n₂ < 0,
где n₁ показатель спада магнитного поля на первом по ходу пучка участке;
n₂ показатель спада магнитного поля на втором по ходу пучка участке;
ϕ₁ азимутальная протяженность первого участка, рад;
ϕ₂ азимутальная протяженность второго участка, рад. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число азимутальных участков равно трем, при этом выполняются условия


при n₁ < 0; n₂ > 0; n₃ < 0,
где n₁, n₂, n₃ показатели спада магнитного поля на первом, втором и третьем по ходу пучка участках;
ϕ₁,ϕ₂,ϕ₃ азимутальные протяженности первого, второго и третьего участков, рад.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2