ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЫСТРОГО СИНХРОТРОНА Российский патент 1995 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике. Электромагнит является одним из основных узлов циклического ускорителя, служащим для формирования криволинейной траектории частиц, обеспечивающей их многократное прохождение через область ускорения. Это достигается путем получения магнитного поля определенной конфигурации.

Известен электромагнит синхротрона [1], в котором торцовое поле формируется медным экраном, жестко закрепленным на железе магнита.

Недостатком данной конструкции является возможность воздействия только на переменную составляющую магнитного поля. Кроме того, невозможно влиять на торцовые поля в процессе эксплуатации ускорителя.

Наиболее близким к предлагаемому является электромагнит протонного синхротрона Б-5 (2). Система питания этого ускорителя работает по схеме со смещенным резонансом на частоте 50 Гц. Ведущее магнитное поле, создаваемое данным электромагнитом, является векторной суммой постоянной и переменной составляющих. Конструкция магнита представляет собой нержавеющий корпус, заполненный пакетами железа, шихтованного в направлении, перпендикулярном обмотке, и склеенного эпоксидным компаундом. Для уменьшения воздействия переменной составляющей магнитного поля от лобовых частей обмоток между ними и торцом магнита расположен медный экран. Элементы магнитной структуры ускорителя размещены под общим вакуумным кожухом.

Недостатком этого электромагнита является то, что результат взаимодействия торцовых полей с элементами других систем, расположенных в прямолинейных промежутках, различен для каждой составляющей поля. Поэтому торцовое магнитное поле формируется по-разному с каждого края магнита. Тем самым на торцах квадрантов появляются искажения, вызывающие смещение равновесной орбиты, что приводит к существенному уменьшению по радиусу области магнита, доступной для ускорения, степень влияния на пучок зависит от соотношения постоянной и переменной составляющих магнитного поля и меняется с увеличением энергии частиц в процессе ускорения.

Целью изобретения является радиальное увеличение рабочей области магнита, доступной для ускорения.

Цель достигается тем, что в электромагнит быстрого синхротрона, включающий в себя корпус, заполненный пакетами железа, шихтованного в направлении, перпендикулярном обмотке, и склеенного эпоксидным компаундом, причем между лобовой частью обмотки и торцом магнита расположен медный экран, введены на торцах дополнительные подвижные экраны. Для воздействия на постоянную и переменную поля они выполнены из железа и меди. В центре экрана имеется отверстие, повторяющее радиальное сечение аппертуры. Экраны устанавливаются так, чтобы не ограничивать геометрического размера рабочей области магнита. Конструкция позволяет менять азимутальное положение экранов относительно лобовых обмоток. Для каждого экрана предусмотрен контур водяного охлаждения. Количество экранов определяется компоновкой магнитной системы. Введение экранов позволяет формировать торцовые поля ведущих магнитов одинаковым образом. Подбор оптимального положения экранов ведется по изменению положения равновесной орбиты.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием изготовленных двухслойными из металлов, воздействующих на переменную и постоянную составляющие магнитного поля подвижных экранов, позволяющих формировать торцовые поля ведущих магнитов. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что метод воздействия на магнитное поле с помощью экранов применяется, однако используется для формирования только переменной составляющей торцового поля неподвижным экраном, в результате чего невозможно компенсировать имеющиеся возмущения магнитной структуры. Введение дополнительных искажений приводит к компенсации ими первых гармоник возмущения магнитного поля, в результате чего магнитная система становится более симметричной. Таким образом, введение новых элементов придает электромагниту новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Предлагаемая конструкция электромагнита реализована на протонном синхротроне с мягкой фокусировкой Б-5.

На фиг. 1 представлена лобовая часть ведущего магнита, поперечное сечение; на фиг.2 приведена общая компоновка элементов синхротрона Б-5.

На фиг.1 представлены лобовая часть обмотки 1, неподвижный медный экран 2, пакеты магнитопровода 3, дополнительный подвижный экран 4. Общая компоновка элементов ускорителя Б-5 (фиг.2) включает в себя четыре ведущих магнита 3, впускной магнит 5, выпускной магнит 6, дополнительные магнитные экраны 4, ускоряющую станцию 7, датчики 8 равновесной орбиты, пикап-электрод 9, дефлектор 10.

Система работает следующим образом.

Для указанной магнитной структуры установлены пять экранов. Роль еще трех экранов играют лобовые части ускоряющей станции 7 и пикап-электрод 9 (фиг.2).

Экраны выполнены двухслойными. Медь экранирует переменную составляющую магнитного поля, а железо - постоянную. Магнитные экраны 4 (фиг.1) располагаются с внешней стороны лобовых обмоток 1 и крепятся на торцах корпуса магнита. Конструкция крепления позволяет осуществить перемещение экранов в направлении, перпендикулярном и параллельном обмотке. Предусмотрено водяное охлаждение установленных экранов.

Подбирается экспериментальное положение дополнительных экранов 4 по изменению положения равновесной орбиты так, чтобы она находилась в центре аппертуры. Перемещение экранов 4 происходит в направлении, перпендикулярном лобовой обмотке 1 (фиг.1). Подбор положения экранов происходит по одному и группой. Оптимальное положение экранов таково, чтобы равновесная орбита по всему диаметру синхротрона находилась в центре аппертуры. Положение равновесной орбиты измеряется четырьмя датчиками 8. Тем самым торцовые поля формируются одинаково, т. е. магнитные экраны 4 формируют магнитное поле на краях квадрантов таким образом, что на него не оказывают искажающего воздействия размещенные в прямолинейных промежутках элементы 5, 6, 7, 9, 10.

После постановки экранов максимальное смещение равновесной орбиты от центра аппертуры по радиусу уменьшается с 24 до 3 мм. Тем самым область, доступная для ускорения, близка к проектной - 60 мм.

Размещение дополнительных подвижных экранов на лобовых частях ведущих магнитов позволяет смещать равновесную орбиту пучка в центр области, доступной для ускорения, что приводит к повышению интенсивности ускоренного пучка на порядок.

Использование: для получения магнитного поля определенной конфигурации. Сущность изобретения:магнит выполнен в виде корпуса, заполненного пакетами железа, между лобовой частью обмотки и торцом магнита расположен медный экран. Конструкцию магнита введены подвижные экраны, расположенные на торцах. Введение подвижных экранов позволяет формировать торцовые поля ведущих магнитов одинаковым образом. Размещение подвижных экранов на лобовых частях ведущих магнитов позволяет смещать равновесную орбиту пучка в центр области, доступной для ускорения, что приводит к повышению интенсивности ускоренного пучка. 2 ил.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЫСТРОГО СИНХРОТРОНА, включающий магнитопровод с обмоткой, выполненный в виде корпуса, заполненного пакетами железа, шихтованного в направлении, перпендикулярном обмотке, и лобовую обмотку, между лобовой обмоткой и торцом магнитопровода расположен медный экран, отличающийся тем, что, с целью радиального увеличения рабочей области электромагнита, доступной для ускорения, в него введены дополнительные подвижные экраны, выполнены двуслойными из металлов, экранирующих постоянную и переменную составляющие магнитного поля, и установлены на торцах электромагнита с внешней стороны лобовых обмоток с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном лобовым обмоткам.