專利名稱：中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及回旋加速器的磁鐵結(jié)構(gòu)，具體涉及一種中等能量回旋加速器強聚
焦直邊扇形磁鐵。
背景技術(shù)：
回旋加速器是一種利用磁場使帶電粒子作回旋運動，在運動中經(jīng)高頻電場反復(fù)加 速的裝置，其基本結(jié)構(gòu)包括磁鐵系統(tǒng)、離子源、注入系統(tǒng)和引出系統(tǒng)。其中，磁鐵系統(tǒng)包括磁 鐵和調(diào)節(jié)線圈，使回旋加速器能夠獲得等時性磁場。 回旋加速器磁鐵的重要指標是提供束流運動的等時性磁場和提供強的聚焦力。為 了獲得等時性磁場，目前，在中能回旋加速器的磁鐵設(shè)計中，普遍采用的方案是磁極角寬度 隨著半徑的增大而增加，這在某種意義上說是犧牲了加速器的聚焦力。目前認為，中能回旋 加速器要想獲得強聚焦，加速器的磁極必須采用螺旋扇形磁鐵結(jié)構(gòu)，而且在國際上在建的 或已建的中能回旋加速器都采用螺旋扇形聚焦磁鐵結(jié)構(gòu)。這種螺旋扇形磁鐵結(jié)構(gòu)的應(yīng)用必 然導(dǎo)致加速器的高頻腔、束流診斷等元件也必須是螺旋形結(jié)構(gòu)，這樣就增加了磁鐵、高頻腔 等元件的加工和安裝難度，同時給加速器的運行和維護增加了難度。因此，有必要研究一種 新型的回旋加速器磁鐵結(jié)構(gòu)，既能保證提供束流運動的等時性磁場，又能提供足夠高的聚 焦力，同時使得回旋加速器的建造相對簡單。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有回旋加速器中螺旋扇形磁鐵的缺陷，提供一種用 于中等能量回旋加速器的強聚焦直邊扇形磁鐵，在提高聚焦力的同時，使回旋加速器的建 造和安裝更為簡單。 —種中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，由上下對稱的兩部分組成，每一
部分均包括一個圓形蓋板，蓋板中部均勻設(shè)置有若干個磁極，磁極呈直邊扇形結(jié)構(gòu)，相鄰的
兩個磁極之間形成扇形谷區(qū)，在蓋板的周邊正對每個磁極的外側(cè)設(shè)有磁軛。 進一步，如上所述的中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，其中，所述的磁極
共四個，對稱分布在蓋板的中部。 更進一步，如上所述的中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，其中，所述的磁 極的扇角為47° ，谷區(qū)的扇角為43。；磁極的半徑為2000mm，谷區(qū)的深度為785mm。 進一步，如上所述的中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，其中，所述的磁極 的表面為曲面，上下磁極間隙為類橢圓結(jié)構(gòu)，上下磁極間隙隨磁極半徑的增大而減小。 本實用新型的有益效果如下本實用新型采用直邊扇形磁極、深谷區(qū)的磁鐵結(jié)構(gòu) 來實現(xiàn)強聚焦力。采用這種結(jié)構(gòu)時，加速器的高頻腔可以設(shè)計為三角形形狀，這將使得高頻 腔的加工、焊接以及安裝變得相對容易；束流診斷元件可以設(shè)計為直線型結(jié)構(gòu)，這樣容易實 現(xiàn)診斷元件的加工、安裝以及控制。因此，本實用新型可以降低主磁鐵及其它相關(guān)元件的加 工和安裝的難度，縮短加速器建造的周期。為了在能獲得強聚焦的基礎(chǔ)上，磁場分布能達到等時性，回旋加速器磁鐵的結(jié)構(gòu)采用了變氣隙結(jié)構(gòu)，也就是說加速器上下磁極間的氣隙隨 半徑增大而減小，這種結(jié)構(gòu)可以減小加速器磁鐵的重量，也可增加谷區(qū)的體積。

圖1為本實用新型直邊扇形磁鐵的下半部分結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為磁極的表面為曲面的磁鐵縱剖面示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。 中能回旋加速器為緊湊型回旋加速器，其磁鐵結(jié)構(gòu)由對稱的上下兩部分組成，包 括上下各四個磁極、四個磁軛和上下蓋板。在此以磁鐵的下半部分為例，對其結(jié)構(gòu)進行描 述。如圖1所示，磁鐵的底部為一個圓形蓋板l，蓋板1的中間部份均勻的設(shè)置有四個磁極 2，四個磁極2呈對稱形式分布在蓋板1上，磁極的個數(shù)并不只局限于四個，可以根據(jù)實際情 況在蓋板上均勻設(shè)置多個磁極。磁極為直邊扇形結(jié)構(gòu)，即磁極兩側(cè)的邊緣為平面，扇形的尖 角處于蓋板1的中心位置，四個扇形磁極尖角相對。在相鄰的兩個磁極之間形成扇形谷區(qū) 4，在蓋板1的周邊正對每個磁極2的外側(cè)設(shè)有磁軛3。等時性回旋加速器中的峰-谷區(qū)交 替出現(xiàn)的磁極結(jié)構(gòu)主要是為了提供隨著角度方向變化的磁場，沿角度方向變化的磁場將提 供軸向聚焦力。磁軛3與磁極2、蓋板1以及磁極間隙共同構(gòu)成磁回路，谷區(qū)4還可以提供 加速器其他元器件安裝的空間。 磁鐵中各部件的尺寸需要根據(jù)等時性磁場強度和聚焦力的要求來確定，本實施例 中，磁極的半徑均為2000mm，磁極的扇角為47° ;四個谷區(qū)的深度均為785mm，谷區(qū)的扇角 為43° 。磁軛尺寸的設(shè)計要求是應(yīng)當保證磁場在磁軛內(nèi)不發(fā)生磁飽和。 為了在能獲得強聚焦的基礎(chǔ)上，磁場分布能達到等時性，本實施例中回旋加速器 的磁鐵采用了變氣隙結(jié)構(gòu)。如圖2所示，具體的方案是將磁極2的表面設(shè)計為曲面5，該曲 面從扇形的尖角向后逐漸向上彎曲，使上下磁極間隙6形成類橢圓結(jié)構(gòu)，上下磁極間隙6隨 半徑增大而減小。采用這種結(jié)構(gòu)，在保證等時性磁場的條件下，磁場的聚焦力隨半徑的增大 而增大，并能避開各種有害的共振。在本領(lǐng)域的傳統(tǒng)理論中認為，能量超過70MeV的等時性 回旋加速器應(yīng)當采用螺旋扇結(jié)構(gòu)，否則無法提供足夠大的軸向聚焦力，而本實用新型創(chuàng)造 性的提出了上述變磁極氣隙設(shè)計，在中能(> 70MeV)情況下直邊扇結(jié)構(gòu)也能提供足夠大的 軸向聚焦力，大大簡化了中能等時性回旋加速器的工程難度。 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用 新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及 其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求一種中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，由上下對稱的兩部分組成，每一部分均包括一個圓形蓋板(1)，蓋板(1)中部均勻設(shè)置有若干個磁極(2)，其特征在于磁極(2)呈直邊扇形結(jié)構(gòu)，相鄰的兩個磁極之間形成扇形谷區(qū)(4)，在蓋板(1)的周邊正對每個磁極(2)的外側(cè)設(shè)有磁軛(3)。
2. 如權(quán)利要求1所述的中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，其特征在于所述 的磁極(2)共四個，對稱分布在蓋板(1)的中部。
3. 如權(quán)利要求2所述的中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，其特征在于所述 的磁極(1)的扇角為47° ，谷區(qū)(4)的扇角為43° 。
4. 如權(quán)利要求3所述的中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，其特征在于磁極 (1)的半徑為加00mm，谷區(qū)(4)的深度為785咖。
5. 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵，其特 征在于所述的磁極(1)的表面為曲面(5)，上下磁極間隙(6)為類橢圓結(jié)構(gòu)，上下磁極間 隙(6)隨磁極半徑的增大而減小。
專利摘要本實用新型涉及回旋加速器的磁鐵結(jié)構(gòu)，具體涉及一種中等能量回旋加速器強聚焦直邊扇形磁鐵。該磁鐵由上下對稱的兩部分組成，每一部分均包括一個圓形蓋板，蓋板中部均勻設(shè)置有若干個磁極，磁極呈直邊扇形結(jié)構(gòu)，相鄰的兩個磁極之間形成扇形谷區(qū)，在蓋板的周邊正對每個磁極的外側(cè)設(shè)有磁軛。本實用新型采用直邊扇形磁極、深谷區(qū)的磁鐵結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)強聚焦力，同時降低了回旋加速器主磁鐵及其它相關(guān)元件的加工和安裝的難度。
文檔編號H05H7/04GK201533446SQ20092027952
公開日2010年7月21日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者呂銀龍, 姚紅娟, 安世忠, 張?zhí)炀? 楊建俊, 管峰平, 鐘俊晴, 魏素敏 申請人:中國原子能科學研究院