БЕТАТРОН Советский патент 1994 года по МПК H05H11/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке электромагнитов бетатронов с повышенной интенсивностью излучений.

Известен бетатрон, содержащий расположенную между полюсами электромагнита ускорительную камеру и расположенные на полюсах обмотки возбуждения.

В известном устройстве ускорение частиц осуществляется за счет возбуждения с помощью обмоток переменного во времени магнитного потока, проходящего через полюса и ускорительную камеру, который выполняет одновременно функции ускорения и удержания частиц на орбите.

Недостатком известного устройства является ограничение энергии частиц величиной индукции насыщения полюсов, которая ограничивает рост во времени магнитного потока.

Прототипом изобретения является бетатрон, содержащий ускорительную камеру, охватывающую центральные вкладыши, часть из которых примыкает к полюсам, а часть расположена в медианной плоскости камеры, и размещенную между полюсами, расположенными внутри намагничивающих обмоток и замкнутыми между собой с одной стороны посредством центральных вкладышей, а с другой - обратным магнитопроводом.

Известное устройство работает за счет возбуждения переменного во времени и проходящего через ускорительную камеру магнитного потока, что обеспечивает ускорение и удержание на орбите заряженных частиц.

При этом вкладыши, контактирующая с ними центральная часть полюсов, в также часть обратного магнитопровода, контактирующая с упомянутой центральной частью полюсов, образуют центральную часть магнитопровода, по которой циркулирует большая часть магнитного потока.

Увеличение конечной энергии ускоренных электронов достигают увеличением магнитного потока выше допустимого по условию насыщения вкладышей при помощи дополнительной обмотки, нагруженной на активное сопротивление, обеспечивающей смещение по фазе в сторону отставания центрального магнитного потока, циркулирующего по центральной части магнитопровода, относительно потока на равновесной орбите ускоряемых частиц.

Недостатком известного устройства является сложность его конструкции, что обусловлено установкой дополнительной обмотки, а также сложность обеспечения захвата электронов в режим ускорения в процессе инжекции, что обусловлено искажением распределения магнитного поля в области орбиты.

Исключение же дополнительной обмотки и изготовление всех деталей магнитопровода из стали с повышенной величиной индукции насыщения приводит к необходимости использовать сложную и дорогостоящую технологию для изготовления устройства.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.

Цель достигается тем, что в бетатроне, содержащем ускорительную камеру, охватывающую центральные вкладыши, часть из которых примыкает к полюсам, с часть расположена в медианной плоскости камеры, и размещенную между полюсами, расположенными внутри намагничивающих обмоток и замкнутыми между собой с одной стороны посредством центральных вкладышей, а с другой - обратным магнитопроводом, центральные вкладыши выполнены из ферромагнитного материала с большей, чем у полюсов и обратного магнитопровода, индукцией насыщения, и при этом примыкающие к полюсам центральные вкладыши имеют диметр, больший, чем центральные вкладыши, расположенные в медианной плоскости камеры.

На фиг. 1 изображен бетатрон, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху (сечение по медианной плоскости, ускорительная камера отсутствует); на фиг. 3 - график зависимости величины радиуса равновесной орбиты от времени ускорения.

Бетатрон содержит обратный магнитопровод, включающий стойки 1 и ярма 2 по числу стоек. Внутри обратного магнитопровода расположена намагничивающая обмотка 3, внутри которой расположены полюса 4 и центральные вкладыши 5. Полюса с одной своей стороны 6 образуют межполюсной рабочий зазор 7, в котором размещена ускорительная камера 8. Вкладыши 5 выполнены из ферромагнитного материала, у которого индукция насыщения выше, чем у ферромагнитного материала, из которого выполнена оставшаяся часть магнитопровода. Центральные вкладыши 9, прилегающие к полюсам 4, выполнены с большим диаметром, величина которого еще не мешает установке ускорительной камеры 8.

Зависимость величины радиуса равновесной орбиты от времени ускорения представлена на фиг. 3, где кривая а - идеальный случай, кривая b - зависимость радиуса орбиты r_о в бетатроне с объектом изобретения (вкладыши выбраны из стали 49К2ФАВИ, а все остальное - из стали Э330).

Устройство работает следующим образом.

После включения элекромагнита бетатрона в сеть по его магнитопроводу начинает циркулировать магнитный поток. В начальный момент ускорения, когда значение индукции по поперечному сечению полюсов 4 еще далеко от значения индукции насыщения, т. е. материал полюсов 4 и вкладышей 5 работает на прямолинейном участке кривой намагничивания, соотношение 2 : 1 выполняется на равновесной орбите с расчетным r_o. Отношение 2 : 1 означает, что напряженность магнитного поля в любой точке орбиты постоянного радиуса во всякий момент ускорения должна быть в два раза меньше средней напряженности магнитного поля внутри этой орбиты. Такая орбита называется равновесной орбитой, а ее радиус называется радиусом равновесной орбиты, зависимость которого для такого случая представлена на фиг. 3 (кривая а).

По мере роста энергии магнитного поля часть полюсов 4 в кольце, ограниченном наружным радиусом полюсов и центральными вкладышами 9, начинает насыщаться. Происходит перераспределение магнитного потока, в результате чего индукция на равновесной орбите перестает нарастать, а в центральной части, ограниченной центральными вкладышами 5 и 9, продолжает нарастать, так как материал в этой области еще далек от насыщения. В силу этого радиус равновесной орбиты начинает увеличиваться от начальной величины r_n и в конце ускорения занимает положение r_k. Временная зависимость r_o для этого случая представлена на фиг. 3 (кривая b).

Таким образом, изобретение благодаря изготовлению вкладышей из материала с большей индукцией насыщения позволяет упростить конструкцию и снизить стоимость бетатронной установки и при этом получить конечную энергию ускоренных электронов не ниже, чем при изготовлении магнитопровода из материала с высокой величиной индукции насыщения. (56) Ускорители. Перевод с английского. Под ред. Б. Н. Яблокова, М. , Госатомиздат, 1962, с. 274, рис. 3а.

Ананьев Л. М. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон. М. , Атомиздат, 1961, с. 86 - 90 (прототип).

БЕТАТРОН, содержащий ускорительную камеру, охватывающую центральные вкладыши, часть из которых примыкает к полюсам, а часть расположена в медианной плоскости камеры, и размещенную между полюсами, расположенными внутри намагничивающих обмоток и замкнутых между собой с одной стороны посредством центральных вкладышей, а с другой - обратным магнитопроводом, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, центральные вкладыши выполнены из ферромагнитного материала с большей, чем у полюсов и обратного магнитопровода, индукцией насыщения и при этом примыкающие к полюсам центральные вкладыши имеют диаметр, больший, чем центральные вкладыши, расположенные в медианной плоскости камеры.