Электромагнит бетатрона

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЕТАТРОНА, содержащий обратный магнитопровод, выполненный в виде стоек, объединенных с обеих сторон ярмами, -размещенные внутри обратного магнитопровода полюса,- содержащие основные гребни и центральные сердечники , образующие рабочий зазор, о-тличающийся тем, что, с целью увеличения выходной мспцноСти при сохранении габаритов бетатрона, между каждой парой основных гребней на расстоянии не менее 1,5 величины рабочего зазора от их поверхности размещен дополнительный гребень , один конец которого укреплен на стойке обратного магнитопровода. (О с

СР03 ССВЕТСНИ)( СОЦИДДИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 Н 05 Н 11 0

1 l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " „

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

M АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21.) 3311361/18-21 (22) 01.07.81 (46) 23.02.84. Вюл. 9 7 (72) В.Л. Чахлов, В.В. Кашковский и A A Филимонов (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при

Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного

Знамени политехническом институте им. С.N. Кирова (53) 621.384 ° 6 (088.8) (56) 1. Ананьев Л.М. и др. Индукционный ускоритель электронов-бетатрон. М., Госатомиздат, 1961, с. 36-40.

2. Авторское свидетельство СССР

9 360008, кл. Н 05 Н 11/00, 1969 (прототип). (54) (57) ЭЛЕКТРОМАГНИТ SETATPOHA, содержащий обратный магнитопровод, выполненный в виде стоек, объединенных с обеих сторон ярмами, -размещенные внутри обратного магнитопровода полюса, содержащие основные гребни и центральные сердечни- ки, образующие рабочий зазор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности при сох(ранении габаритов бетатрона, между каждой парой основных гребней на расстоянии не менее 1,5 величины рабочего зазора от их поверхности размещен дополнительный гребень, один конец которого укреплен на стойке обратного магнитопровода.

995695

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частнбсти к индукционным ускорителям электронов -- бетатронам.

Известны электромагниты бетатронов, содержащие обратный магнитопровод, полюсные наконечники, формирующие аксиально-симметричное управляющее поле, блок центральных вкладышей, намагничивающие катушки С1 3.

В таком электромагните фокусирующие силы сравнительно малы, что приводит к большой амплитуде колебаний частиц, величина которой пропорциональна радиусу или энергии ускорителя. Следовательно, для увеличения энергии ускоренных электронов или мощности дозы излучения необходимо увеличивать его массогабаритные и стоимостные характеристики.

Указанные недостатки частично устранены в электромагните с азимутальной вариацией управляющего поля.

Наиболее близким техническим решением является электромагнит бетатрона, содержащий обратный магнитопровод, выполненный в виде стоек, объединенных с обеих сторон ярмами, размещенные внутри обратного магнитопровода полюса, содержащие основные гребни и центральные сердечники, образующие рабочий зазор j 2 1.

Фокусирующие свойства данного электромагнита в радиальном и вертикальном направлениях характеризуloTcH частотами бетатронных колебаний, которые приближенно определяются как

= <-(n)

r „> 1 2

2 2 где (и) — показатель спада среднего поля по радиусу;

Š— глубина вариации азимутально-периодического управляющего поля, Увеличение вертикальных фокусирующих сил за счет глубины вариации в известном электромагните позволило на 30% уменьшить объем рабочего зазора, оставив при этом область действия фокусирующих сил такой же, как и в бетатроне с аксиально симметричным управляющим полем.

Недостатком данной конструкции электромагнита является сравнительно невысокая выходная мощность, объясняющаяся малой азимутальной протяженностью беэжелеэных промежутков, заключенных между двумя соседними гребнями одного полюса.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение выходной мощности бетатрона при сохранении габаритов устройства.

1I5

Поставленная цель достигается тем, что в известном электромагните бетатрона, содержащем обратный магнитопровод, выполненный в виде стоек, объединенных с обеих сторон ярмами, размещенные внутри обратного магнитопровода полюса, содержащие основные гребни и центральные сердечники, образующие рабочий зазор, между каждой парой основных гребней на расстоянии не менее 1,5 величины рабочего зазора от их поверхности размещен дополнительный гребень, один конец которого укреплен на стойке обратного магнитопровода.

На фиг,1 показан разрез A-A на фиг.2; на фиг.2 - конструкция электромагнита.

Он содержит обратный магнитопровод 1, состоящий из стоек 2 и объединяющих их ярм 3, два полюса 4, образующих рабочий зазор 5, состоящий из центрального сердечника б, основных гребней 7, намагничивающие катушки 8. Между каждой парой основных гребней 7 на расстоянии не менее 1,5 величины рабочего зазора 5 от их поверхности размещен дополнительный гребень 9, один конец которого укреплен на стойке 2.

Дополнительные гребни 9 отделены от основных гребней 7 воздушным зазором 10, так что дополнительные гребни полюсов образуют между собой в вертикальном направлении рабочий зазор 11. B вертикальном направлении от медианной плоскости электромагнит имеет воздушный зазор 12 для выравнивания магнитных потоков.

Работа устройства заключается в следующем.

При подключении к сети в обратном магнитопроводе 1, состоящем из стоек 2 и объединяющих их ярм 3, и двух полюсов 4, состоящих иэ центрального сердечника б и выходящих из него гребней 7, и дополнительных гребней 9, выполненных за одно целое со стойками 2, посредством намагничивающих катушек 8 формируется ускоряющее и управляющее электромагнитное поле таким образом, чтобы средняя по азимуту напряженность магнитного поля на равновесной орбите 13 радиусоМ о была бы в два раза меньше, чем средняя напряженность магнитного поля внутри равновесной орбиты. Сгусток электронов, инжектированный в рабочие зазоры 5 и 11, захватывается в ускорение и движется по равновесной орбите 13.

В рабочем зазоре 5 по вертикали между гребнями 7 силовые линии изгибаются внутрь, образуя нарастающее по радиусу магнитное поле с показателем спада n„ < О. Электроны, 995695

ВНИИПИ Заказ 1146/5 Тираж 783 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 проходящие этот участок, подвергаются воздействию радиальной фокусирующей силы, сжимающей пучок по радиусу, одновременно с этим траектория электронов описывает окруж-. ность 14 с центром радиуса кривизны 9„ лежащим внутри .равнрвесной орбиты. По вертикали пучок дефокусируется.

В магнитном зазоре 11 по вертикали между дополнительными гребнями .9 силовые линии изгибаются тоже внутрь, образуя нарастающее по радиусу магнитное поле противоположной полярности по сравнению с направлением поля в зазоре 5 с показателем спада п > О. Электроны, проходящие этот участок, подвергаются воздействию вертикальной Фокусирующей силы, сжимающей пучок по . вертикали, одновременно с этим траектория электронов описывает окружность 15 с центром радиуса кривизны р, лежащим вне круга равновесной орбиты. Пучок частиц дефокусируется .а радиальном направлении.

Осевая траектория частиц в медленной плоскости ускорителя, таким обравом, состоит из сопряженных дуг окружностей 14 и. 15 с центрами радиусов кривизны, не совпадающими с центрами симметрии бетатрона и лежащими на концентрических окружностях внутри и вне равновесной орбиты.

Аэимутальные размеры гребней и воздушных зазоров между ними связаны с показателями спада магнитных полей .в них условиями, обеспечивающими жесткую фокусировку, 5 Ускоряющее поле в бетатроне создается в основном магнитным потоком, проходящим через центральный сердечник, а управляющее поле создается знакопеременными потоками, проходя10 щими.через чередующиеся по азимуту основание и дополнительные гребни.

Можно показать, что уменьшение рабочего зазора ускорителя зЬ счет

15 увеличения Фокусирующих сил поля бетатрона с одновременным увеличением радиуса центрального сердечника и величины индукции на равновесной орбите позволяет в 1,6 раз увеличить энергию ускоренных электронов по сравнению с прототипом.

Для больших фокусирунищих сил магнитного поля бетатрона, при условии сохранения интенсивности из25 лучения на том же самом уровне, требуется соответственно меньший магнитный зазор.

В меньшем магнитном зазоре, сохраняя неизменной мощность источника питания, можно получить большую величину магнитной индукции и соответственно ускорить электроны до более высокой энергии (, в 1,6 раза)