Магнитная система индукционного ускорителя

 

МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ заряженных частиц, содержащая магнитопровод, обмотки возбуждения и подмагничрвания, под- i ключенные к системе питания, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности магнитной системы, обмотка подмагничивания, уложенная на сплошном центральном сердечнике магнитопровояа, подключена к источнику тока через индуктивность.^сл ю4^ 4^ •^ •^

(191 (111

Ь ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) 05 Н 7 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2124053/25 (22) 75 (46) 10. 83. Бюл. М 40 (72) Э. Г. Фурман (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники .и автоматики при Томском политехни . ческом институте (53) 621,384.6(088.8) (56) 1. Дж.Ливенгуд, Принципы работы циклических ускорителей. М., 1963 °

2. Патент США М 2660673, М. кл. Н 05 Н 7/04, 1953 (прототип), (54) (57) МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ заряженных частиц, содержашая магнитопровод, обмотки возбуждения и подмагничивания, подключенные к системе питания, о тличаюцаяся тем,что,с целью повышения эффективности магнитной системы, обмотка подмагничивания, уложенная на сплошном цент.ральном сердечнике магнитопровода, подключена к источнику тока через индуктивность.

524477

Иэобреэеиие относится к ускорительной технике и предназначено для ускорения электронов вихревым электрическим полем.

Иавестны системы итания индук» ционных ускорителей заряженных частиц, содержащие магнитопровод и обмотку возбуждения, подключенную я источнику питания11 ).

Недостатком такой системы. является незначительная величина индукции 10 магнитного поля в магнитопроводе.

Известна также магнитная система индукционного ускорителя электронов,, содержащая магнитопровод, обмотки возбуждения и подмагничивания, под- 15 ключенные к системе питания(.2 ).

Причем подмагничивание магнитопровода электромагнита осуществляется постоянным током с амплитудным значением, примерно равным амплитудному значению переменной составляющей тока, и возбуждение электромагнита осуществляется синусоидальным током, изменяющимся по закону („ (+)а

IK соэ" ) где К равно отношению 25 3в /Э„,)амплитуд постоянной и переменной составляющих.

Такая схема возбуждения электро« магнита не приводит к увеличению размаха индукции в стали электромаг- 30 нита в процессе ускорения частиц,так как значение индукции изменяется примерно от нуля до максимально допустимой, но приводит к снижению энергии, необходимой для создания 35 переменного магнитного потока, .за счет использования части энергии,,запасенной в развязывающем реакторе.

При этом система питания выпол-!

; иена таким образом, что за счет 40 отставания фазы изменения магнитного потока в центральном сердечнике возможно увеличение размаха индукции от некоторого отрицательного эначе45 значения индукции, но при этом обратный магнитопровод не перемагничива-, ется от отрицательного значения ин-, дукции до допустимого положительногд значения в процессе ускорения частиц.

Целью изобретения является повышение эффективности магнитной системы и, как следствие, увеличение конечной энергии ускоряемых частиц за счет увеличения размаха индукции в магнитопроводе ускорителя, либо умень-55 шенйе веса электромагнита при оди наковой конечной энергии ускоряемых частиц по сравнению с известными ранее системами индукционного ускорения. 60

Эта цель достигается тем, что иа сплошном центральном сердечнике без воздушных зазоров уложена обмот ка, которая через индуктивность подключена к источнику постоянного .тока.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы к. г нитной систеьаа и ее питания;на фиг. 3 — эпюры изменения магнитных поФоков токов и напряжений в схеме;

На сплошном электромагните 1 уложены обмотки 2 и 3 возбуждения. и подмагничивания соответственно, а вакуумная камеры 4 изображена схе матично. ОбмОтки 2 возбуждения подсоединены к емкостному накопителю 5 через коммутирующее устройство 6.0б" мотка 3 подмагничивания через индуктивность 7 подключена к источнику В постоянного тока, а источник аашунтирован диодом 9 °

Изменение магнитного потока (ин-. дукции) в области вакуумной. камеры

4, показано кривой 10, изменение магнитного потока (индукции) в стали электромагнита — кривой 11 ° Ампер-. витки обмоток 2 возбуждения показа- . ны кривой 12, ампер-витки обмотки 3 подмагничивания — кривой 13 ° Напряжение обмотки 3 показано кривой 14, В исходном состоянии от источника

8 постоянного тока, через индуктивность 7 в обмотке 3 подмагничива.ния протекает постоянный ток. По-, скольку в магнитной системе электромагнита 1 отсутствуют воздушные зазоры, то для перемагничивания стали требуются незначительные ампрер-витки, и поле в межполюсном пространстве практически отсутствует. В момент времени + емкостной накопитель 5 через коммутирующее устройство 6 подключается к обмотке 2 возбуждения. При этом наведенная э.д.с. на обмотке 3 прикладывается к индуктивности 7, и ток в ней начинает изменяться, Эа счет ампервитков, наводимых в обмотке З,переменный магнитный поток, создаваемый обмоткой 2, делится на две части, Первая часть, пропорциональная ампер-виткам обмотки 3, вытесняет-. ся из центрального сердечника и замыкается через воздушный межполюсный зазор (фиг, З,кривая 10), а дру" гая часть, обратно пропорциональная ампер-виткам обмотки З,пронизывает центральный сердечник (фиг.З, кривая 11), При этом .переменное поле, вытесняемое в воздушный зазор, изменяет свою величину .от нуля до допустимого положительного значения. Это поле удерживает электроны на равновесном радиусе. Магнитный поток, пронизывающий галетный блок и изменяющийся от максимально допустимого отрицательного значения до допустимого положительного. значения, создает вихревое электрическое поле, необходимое для ускорения частиц. Поскольку конечная энергия частиц определяется абсолютным значением изменения магнитного потока, а он, в свою очередь, — размахом ин524477 дукции, то в предложенном устройстве в принципе возможно в два рава повысить конечную энергию частиц по сравнению с известными методами индукционного ускорения при том же объеме стали, величине межполюсно- 5 го воздушного зазора и сечении цент рального сердечника.

Выполнение бетатронного соотношения.Ü2 =2ЛбсР (значение индукции на равновесном радиусе равно удвоенному среднему значению из» менения индукции в круге, ограниченном равновесным радиусом) осуществляется путем выбора величины, 15 индуктивности 7 и коэффициента трансформации обмоток 2 и 3. Например, если величина индуктивности 7 .стремится к бесконечности, то за

-время цикла ускорения Ф -11ток в 7п обмотке 3 не именяется и магнитный поток равен нулю, В случае, если величина индуктивности 7 равна нулю,то ампер-витки обмотки 3 равны ампер-виткам обмотки 2,и весь перемен25 ,ный магнитный поток из центрального сердечника вытесняется в воздушный .зазор. Таким образом, изменяя величину индуктивности, можно регулировать соотношение потоков в межполюсном пространстве и внутри центрального сердечника. При этом слеВНИИПИ Заказ 8162/4

Тираж 845 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4 дует имЕть ввиду, что в существующих бетатронах значение индукции в межполюсном пространстве в 22,5 раза меньше, чем в центральном сердечнике, В предложенном устройстве полюса будут также более нагруженными за.счет увеличения размаха индукции в стали.

Возможно различное выполнение системы подмагничивания. Например, подключить источник 8 постоянного тока к обмоткам 2 возбуждения либо создавать импульсное подмагничивание перед каждым рабочим циклом. В предложенной схеме энергия, отдаваемая накопителем 5 в поле электромагнита ускорителя и в магнитном поле индуктивности 7, эа время tZ-С в течение, времени 4>- С обратно ре . куперирует в накопитель 5, Рассмотренная магнитная система позволяет примерно в два раза повысить конечную энергию ускоренных частиц или в 3-4 раза уменьшить вес стали электромагнита по сравнению с магнитными системами известных индукционных ускорителей, что делает .особенно перспективным применение ее в сильноточных ускорителях, работающих в импульсном режиме и имеющих значительный объем и вес магни:топровода по сравнению с весом намагничивающих обмоток.