Магнитная система для удержания плазмы в резонансном ионном источнике циклотрона

 

Использование: в электротехнике. Сущность изобретения: магнитная система представляет собой призму с n-гранным внутренним отверстием и состоит из n-полюсных прямоугольных в поперечном сечении призмы участков 1 и n-межполюсных треугольных в поперечном сечении участков 2 и двух мозаичных колец 3, расположенных соосно на торцах цилиндра и имеющих внутреннее отверстие, совпадающее с n-гранным внутренним отверстием цилиндра, а внешний диаметр не больше внешнего диаметра цилиндра. Полюсные участки намагничены радиально с чередующейся полярностью, а межполюсные участки намагничены тангенциально с чередующейся полярностью. Полюс каждого полюсного участка, направленный к оси цилиндра, совпадает с одноименными полюсами межполюсных участков, прилегающих к его граням. Каждое мозаичное кольцо состоит из 3 n высококоэрцитивных постоянных магнитов, из которых n имеют прямоугольное сечение и установлены соответственно на полюсных участках магнитной системы, а 2 n имеют треугольное сечение и расположены по два между n-прямоугольными участками, при этом каждый из участков мозаичных колец намагничен под углом 45° к оси намагниченности соответствующего участка магнитной системы так, что проекция вектора намагниченности каждого участка кольца на ось намагниченности соответствующего участка магнитной системы совпадает с ней по направлению. Мозаичные кольца установлены в уступах, выполненных на торцовых частях магнитной системы и повторяющих форму колец. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, точнее к магнитной системе из постоянных магнитов в ионном источнике, и может быть использовано в ионных источниках циклотронов резонансного типа для удержания плазмы или пара, газа.

Известно устройство, где конструкция магнитной системы представляет собой n-гранный цилиндр, состоящий из n-прямоугольных в сечении участков с радиальным намагничиванием с чередующейся полярностью и n-сегментных участков с тангенциальным намагничиванием. Первый тип участков - полюсные магниты, второй - межполюсные, они располагаются в промежутках между полюсными участками. Устройство предназначено для формирования радиального шестиполюсного магнитного поля во внутреннем рабочем объеме n-гранного цилиндра.

К недостаткам описанной конструкции следует отнести значительную неоднородность осевого поля вблизи торцов магнитной системы, объясняемую краевыми эффектами.

Целью предлагаемого изобретения является повышение однородности поля вдоль оси магнитной системы у ее торцов при сохранении габаритов.

На чертеже приведена конструкция предлагаемой магнитной системы для удержания плазмы в резонансном ионном источнике циклотрона.

Магнитная система представляет собой призму, состоящую из полюсных 1 и межполюсных 2 участков, и мозаичное кольцо 3 (на чертеже приведена только одна - симметричная часть магнитной системы), состоящее из n-полюсных 4 и 2 n-полюсных 5 участков.

Причем мозаичные кольца 3 установлены в уступах торцов n-гранной призмы (магнитной системы) таким образом, что их внутренние отверстия совпадают, а полюсные участки 4 мозаичных колец лежат в полюсных участках 1 магнитной системы, соответственно, межполюсные участки 5 - на межполюсных участках 2 магнитной системы.

Все участки мозаичных колец намагничены под углом 45^о к осям намагниченности соответствующих участков магнитной системы, причем проекция вектора намагниченности мозаичного кольца совпадает по направлению с намагниченностью полюсного участка магнитной системы.

Чтобы реализовать предлагаемую магнитную систему, необходимо изготовить ее полюсные участки в виде призм, а межполюсные участки в виде сегментов, причем в полюсных и межполюсных участках должны быть выполнены уступы по форме соответствующих участков мозаичных колец, затем собрать эти участки в виде призмы. При этом перед сборкой необходимо намагнитить полюсные участки в радиальном направлении, сегментные в тангенциальном. В рабочем внутреннем пространстве этой системы формируется n-полюсное радиальное поле, причем радиальная составляющая этого поля неоднородна, особенно вблизи ее торцов на длине до 20 мм от края за счет краевых эффектов, т.е. за счет рассеивания поля на краях магнитной системы.

Мозаичные кольца собираются из двух типов постоянных магнитов: в виде призм и в виде треугольных в сечении магнитов, которые можно получить порезкой из призматических магнитов. При этом исходные заготовки постоянных магнитов имеют направление намагниченности под углом 45^о к их плоским граням, которыми они соприкасаются с соответствующими участками магнитной системы. Отдельные участки мозаичного кольца собираются вместе по схеме, указанной на чертеже, и кольца устанавливаются в уступы на торцах магнитной системы. В результате происходит увеличение радиальной и тангенциальной составляющих намагниченности магнитной системы, улучшается однородность магнитного поля вблизи торцов системы при сохранении габаритов. Так, например, если магнитная система и мозаичные кольца изготовлены из магнитотвердого материала Nd-Fe-B, то неоднородность поля сохраняется не более чем на длине 3-5 мм от края. Таким образом, достигается положительный эффект в конструкции магнитной системы, а именно повышается однородность поля вдоль оси магнитной системы у ее торцов при сохранении габаритов, т.е. действие краевого эффекта сохраняется на значительно меньшем расстоянии (4-6 раз), а габариты магнитной системы при этом сохраняются.

Формула изобретения

МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЫ В РЕЗОНАНСНОМ ИОННОМ ИСТОЧНИКЕ ЦИКЛОТРОНА, представляющая собой призму с n-гранным внутренним отверстием и состоящая из n полюсных прямоугольных в поперечном сечении призмы участков и n межполюсных треугольных в поперечном сечении призмы участков, причем полюсные участки намагничены радиально с чередующейся полярностью, а межполюсные участки намагничены тангенциально с чередующейся полярностью так, что полюс каждого полюсного участка, направленный к оси призмы, совпадает с одноименными полюсами межполюсных участков, прилегающих к его граням, отличающаяся тем, что, с целью повышения однородности поля вдоль оси магнитной системы у ее торцов при сохранении габаритов, она дополнительно содержит два мозаичных кольца, имеющих внутреннее отверстие, совпадающее с n-гранным внутренним отверстием призмы, каждое кольцо состоит из 3n высоконоэрцитивных постоянных магнитов, из которых n имеют прямоугольное сечение, а 2n - треугольное, на торцевых частях призмы по ее внутреннему периметру выполнены срезы с образованием выступов по форме мозаичных колец, мозаичные кольца установлены на выступах так, что постоянные магниты кольца, имеющие прямоугольное сечение, установлены соответственно на полюсных участках магнитной системы, а постоянные магниты кольца, имеющие треугольное сечение, по два расположены между n-прямоугольными участками, при этом каждый из участков мозаичных колец намагничен под углом 45^o к оси намагниченности соответствующего участка магнитной системы так, что проекция вектора намагниченности каждого участка кольца на ось намагниченности соответствующего участка магнитной системы совпадает с ней по направлению.

РИСУНКИ

Рисунок 1