本申請涉及高能物理領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)在散裂中子源低能束流傳輸過程中的一種線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵。

背景技術(shù)：

散裂中子源低能束流傳輸段需要通過聚焦螺線管磁鐵將離子源產(chǎn)生的非對稱性低能束流與射頻四極直線加速器所需的對稱性接受度進(jìn)行匹配，控制低能束流的發(fā)射度的增長和減小束流損失。因此，對聚焦螺線管磁鐵機械中心和磁場中心的一致性具有極高的要求。現(xiàn)有的聚焦螺線管磁鐵的線圈纏繞在內(nèi)套筒表面，內(nèi)套桶接與線圈保護(hù)層采用一體澆注結(jié)構(gòu)。而為滿足聚焦螺線管磁鐵機械中心和磁場中心的一致性，就需要聚焦螺線管磁鐵的線圈中心與外磁軛鐵桶中心的同軸度必須小于0.4mm。但現(xiàn)有的線圈繞線精度較低，加之線圈組組裝時的裝配誤差，因而無法滿足同軸度的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，旨在解決現(xiàn)有聚焦螺線管磁鐵線圈中心與外磁軛鐵桶中心的同軸度低，無法滿足散裂中子源低能束流傳輸過程中的要求的問題。

一種線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，包括：

螺線管，所述螺線管包括多個沿軸向疊裝的線包，每個線包均設(shè)有多層纏繞的線圈；

外磁軛鐵桶，所述外磁軛鐵桶用于收容所述螺線管；

頂絲，所述頂絲設(shè)置在所述外磁軛鐵桶表面，其穿過所述外磁軛鐵桶的一端頂持在所述螺線管表面；

端蓋，所述端蓋于所述外磁軛鐵桶兩端各設(shè)置一個，并與所述外磁軛鐵桶端面固定連接。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述頂絲沿所述外磁軛鐵桶軸向至少設(shè)置一組，每組至少沿所述外磁軛鐵桶表面同一圓周分布三個，以便限定所述螺線管徑向的自由度為零。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述頂絲沿所述外磁軛鐵桶軸向設(shè)置有兩組，每組包括沿所述外磁軛鐵桶表面同一圓周分布的四個頂絲，所述四個頂絲所在位置相對所在圓周圓心呈中心對稱排布。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述螺線管表面與所述頂絲相對應(yīng)處設(shè)有墊板，所述頂絲頂持在所述墊板表面。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述墊板由所述螺線管的一端沿其軸向延伸至另一端。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述螺線管中心還設(shè)有一沿其軸向延伸的內(nèi)套桶，所述內(nèi)套桶為無磁材料制備，所述線圈內(nèi)圈與所述內(nèi)套桶之間存有一定間隙。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述端蓋內(nèi)表面設(shè)有與所述內(nèi)套桶貫通的開口，所述開口處設(shè)有與所述內(nèi)套桶套接的圓筒狀接頭。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述所述內(nèi)套桶為G10材料或無磁不銹鋼材料制備。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中，所述墊板為無磁絕緣材料制備。

所述的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，其中所述外磁軛鐵桶表面還設(shè)有用于所述線圈的引出線穿出的斷口區(qū)，所述外磁軛鐵桶外部還設(shè)有水冷散熱裝置，所述引出線穿過所述斷口區(qū)與所述水冷散熱裝置的水管連通，利用循環(huán)水帶走線圈通電后產(chǎn)生的熱量。

本申請所給出的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，在聚焦螺線管的線圈與內(nèi)套桶之間設(shè)置一可調(diào)節(jié)間隙，并在外磁軛鐵桶表面設(shè)置從不同方向壓緊線圈的多個頂絲，通過旋擰頂絲調(diào)整線圈組與外磁軛鐵桶之間的位置關(guān)系，從而對二者同軸度進(jìn)行微調(diào)，使得聚焦螺線管磁鐵的機械中心與磁場中心一致。通過這樣的設(shè)計，將聚焦螺線管的線圈變?yōu)榭烧{(diào)式，在滿足產(chǎn)品使用性能的同時，降低了聚焦螺線管磁鐵的生產(chǎn)難度，提高了生產(chǎn)及實驗的效率。

附圖說明

圖1為本申請實施例中，聚焦螺線管磁鐵的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請實施例中，聚焦螺線管磁鐵的爆炸圖

圖3為本申請實施例中，單個線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本申請實施例中，線圈組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本申請實施例中，聚焦螺線管磁鐵的截面圖；

圖6為圖5中A-A向剖視圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結(jié)合附圖對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本實施例所給出的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵如圖1所示，包括聚焦螺線管磁鐵本體1、位于本體1下方與其固定連接的支架2。如圖2所示，本體1包括螺線管10、用于來容置螺線管10的外磁軛鐵桶11、固定在外磁軛鐵桶11兩端的端蓋12以及設(shè)置在外磁軛鐵桶11表面的頂絲13。端蓋12表面中心處設(shè)有開口121，螺線管10中心處還設(shè)有一個與開口121連通的內(nèi)套桶14。端蓋12內(nèi)表面位于開口處還設(shè)有接頭122，接頭122呈圓筒狀，其朝向內(nèi)套桶14一端與內(nèi)套桶14套接。如圖3-圖6所示，螺線管10包括多個線包100，線包100相互疊放，本實施例中的螺線管10由有12個線包100疊放組裝而成，每個線包100共兩層，每層16匝，由同一根導(dǎo)線繞制，螺線管10通電后產(chǎn)生的磁場可以將離子源出來的非對稱性束流與加速器所需要的對稱性接受度進(jìn)行匹配。螺線管10的內(nèi)圈與內(nèi)套桶14之間存在一定間隙，頂絲13的端部穿過外磁軛鐵桶11壓在螺線管10表面，外磁軛鐵桶11表面設(shè)有與頂絲13相適配的螺孔110，通過旋擰頂絲13可以調(diào)整螺線管10的位置，從而調(diào)節(jié)外磁軛鐵桶11與線圈之間的同軸度，降-低中心與磁場中心的偏差。應(yīng)當(dāng)理解的是，本實施例中關(guān)于線包100數(shù)量及線圈層數(shù)、砸數(shù)的設(shè)定需要根據(jù)實際需要來設(shè)定。

進(jìn)一步地，頂絲13沿外磁軛鐵桶11軸向至少設(shè)置一組，為使得同一組的頂絲13作用在螺線管10表面的壓力處于同一平面內(nèi)，避免產(chǎn)生使螺線管偏轉(zhuǎn)的空間力矩，本實施例中每組頂絲13均設(shè)置在外磁軛鐵桶11表面同一圓周上。為使得螺線管10同軸度調(diào)整完畢后，不會因外力導(dǎo)致其沿徑向產(chǎn)生移動，就需要同一圓周上的頂絲13將對螺線管10沿徑向的自由度限定為零，這就需要每組頂絲13至少包括三個。而頂絲13如果只設(shè)置一組，頂絲對螺線管10表面的壓力較大，容易造成螺線管10的損壞，且不利于維持螺線管10保持平衡狀態(tài)。因而，本實施例如圖6所示，頂絲13沿外磁軛鐵桶11的軸向設(shè)置兩組，兩組頂絲13分別臨近螺線管10的兩端設(shè)置。每組包括位于外磁軛鐵桶11表面同一圓周分布的四個頂絲13，四個頂絲13在同一圓周上呈中心對稱分布性(四個頂絲13所在位置連線呈矩形，矩形對角線焦點為該圓周的圓心)，本實施例中的頂絲13分布方式如圖6所示，在該圓周過圓心的豎直軸線及水平軸線的四個交點各設(shè)置一個頂絲13，且兩組頂絲在圓周上的位置相同，即兩組中對應(yīng)的頂絲13沿螺線管10的軸向分布。

如圖2所示，為避免頂絲13端部損傷螺線管10，在螺線管10表面與頂絲13相對應(yīng)處還設(shè)有墊板111，墊板111由沿螺線管10一端沿其軸線延伸至另一端，頂絲13端部頂在墊板111表面，使得壓力均勻分布在螺線管10的表面，避免螺線管10表面線圈的損傷。墊板111可以預(yù)先制備成型，然后固定在螺線管10表面，還可以直接采用G10材料(一種玻璃纖維與樹脂碾壓復(fù)合材料)澆筑在螺線管10表面，使得墊板111填充到線圈縫隙之間，與線圈表面充分接觸，增加墊板111與螺線管10表面的受力面積，更好的將頂絲13的壓力分散開來，減小螺線管10表面的磨損，增加設(shè)備的使用壽命。

如圖2所示，外磁軛鐵桶11外部設(shè)有水冷散熱裝置，螺線管10線圈的各接線穿過斷口區(qū)112連接到一接線母排3上，該接線母排3上設(shè)有與外電源及其他電器元件連接的端子，以及與連接水冷散熱裝置的水管4連通的接頭。水冷散熱裝置通過管路在螺線管10內(nèi)部循環(huán)，將螺線管10通電后產(chǎn)生的熱量及時帶走，起到冷卻的效果。

進(jìn)一步地，如圖3所示，本實施例中，為使得螺線管10有調(diào)整度的空間，螺線管10外表面與外磁軛鐵桶11之間留存有4.5mm的間隙，螺線管10內(nèi)表面與內(nèi)套桶14之間存在2mm的間隙。根據(jù)物理對螺線管磁場的仿真計算結(jié)果，內(nèi)套桶14應(yīng)采用無磁絕緣材料制備，以免影響磁場分布。例如本實施例中的內(nèi)套桶14采用G10材料(一種玻璃纖維與樹脂碾壓復(fù)合材料)制備，其具有較好的絕緣、耐腐蝕、耐摩擦及抗輻射的特性。在本申請其他實施例中，內(nèi)套桶14還可以采用無磁不銹鋼材料制備。同樣的，墊板111采用G10材料制備。

本實施例中的內(nèi)套筒14主要確保兩個端蓋12的同軸度，起到精確定位端蓋的作用，在本申請其他實施例中，也可以不設(shè)置內(nèi)套筒14。此外，如果需要增強螺旋管磁鐵的磁場強度，也可以采用磁性材料制作內(nèi)套筒14，其實起到鐵芯的作用。

本申請所給出的線圈可調(diào)式聚焦螺線管磁鐵，在聚焦螺線管的線圈與內(nèi)套桶之間設(shè)置一可調(diào)節(jié)間隙，并在外磁軛鐵桶表面設(shè)置從不同方向壓緊線圈的多個頂絲，通過旋擰頂絲調(diào)整線圈組與內(nèi)套桶之間的距離，從而對線圈同軸度進(jìn)行微調(diào)，使得聚焦螺線管磁鐵的機械中心與磁場中心一致。通過這樣的設(shè)計，將聚焦螺線管的線圈變?yōu)榭烧{(diào)式，在滿足產(chǎn)品使用性能的同時，降低了聚焦螺線管磁鐵的生產(chǎn)難度，提高了生產(chǎn)及實驗的效率。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本申請所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。