Магнитная фокусирующая система Советский патент 1986 года по МПК H05H7/04 

1и

Изобретение относится к ускорительной технике и прежде всего к фокусировке параллельных пучков заряженных частиц, расположенных в одной плоскости.

Фокусировка пучков заряженных частиц высокой энергии, как цравило, осуществляется четьфехполюсными магнитами (линзами), в которых применен принцип жесткой фокусировки. Конструктивно линза выполнена из магнитол проводящего ярма, жестко связывающего все полюса, которые расположены симметрично относительно взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через оптическую ось линзы. В рабочем зазоре между профилированными полюсными наконечниками формируется магнитное поле квадрупольной конфигурации, созданное магнитным потоком четырех катушек возбуждения, расположенных на полюсах.

Обеспечивая высокие магнито-фокусирующие характеристики, линзы типа аналога имеют поперечные размеры, значительно превьшающие величину их рабочего зазора, что обусловлено конструкцией ярма. Это является существенным недостатком.

Наиболее близким техническим рещением является устройство, в котором, по сравнению с аналогом, сокращен один из поперечных размеров. Оно представляет из себя электромагнит, состоящий из магнитопроводов С-образной формы, в каждом из которых оба полюса соединены между собой ферромагнитной перемычкой. Магнитопроводы установлены в пространстве таким образом, чтобы между их полюсами формировалось квадрупольное магнитное поле, создаваемое двумя катущками во буждения, каждая из которых расположена в соседних межполюсных окнах. Для обеспечения постоянства заданного пространственного положения полюсов, а следовательно, и рабочего зазора, Магнитопроводы соединены между собой тонкими конструктивными элементами, практически не увеличивающими поперечш 1х размеров электромагнита. Таким образом, в прототипе один . из поперечных размеров уменьшается на величину двух толщин межполюсньпс ферромагн итны перемычек.

Недостатки прототипа выявляются при его применении в двухканальной магнитной фокусирующей системе.

79102

Устройство обладает низким предельным током частиц и в нем не обеспечиваются :

упрощение конструкции катушек;

снижения энергопотребления;

снижения расхода токопроводящих и изоляционных материалов;

снижения расхода теплоотводящей воды.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей системы и повыщение предельного токи частиц.

Поставленная цель достигается тем,

что магнитная фокусирующая система, содержащая четырехполюсную линзу, выполненную в виде двух С-образных магнитопроводов с межполюсными окнами, в которых расположены катушки воз0 буждения, профилированными полюсными наконечниками которых образован рабочий канал с магнитным полем квадрупольной конфигурации, снабжена дополнительной четырехполюсной линзой, идентичной первой линзе, при этом обе линзы разнесены в поперечном направлении к медианной плоскости, а С - образные Магнитопроводы обеих линз, находящиеся по одну сторону общей медианной плоскости, объединены в две пары с помощью двух катушек возбуждения, размещенных в . межполюсных окнах соответствующих пар.

5 Попарное объединение магнитопроводов общей (единой) катушкой возбуждения позволяет получить в обоих зазорах сдвоенных линз требуемое поле

Q при длине токовых витков, практически вдвое меньшей, чем у прототипа. Это обусловлено тем, что магнитное поле рабочих зазоров заявляемого устройства создается потоками, воз5 никающими вокруг каждой из продольных сторон катушек возбуждения, зеркально установленных относительно медианной плоскости в межполюсных окнах. Пропорционально уменьшению дпи0 ны витков, а следовательно и расходу токопроводящих и изоляционных материалов, уменьшается их сопротивление, т.е. энергопотребление магнитной фокусирующей системой. Это, в свою оче5 редь, снижает расход теплоотводящей воды.

Значительно упрощается конструкция катушек возбуждения - их намотка производится .вводной плоскости. Катушки возбуждения заявляемого устройства расположены только в межполюсных окнах магнитопроводов. Это вызывает незначительную асимметрию магнитного поля в рабочем зазоре. Она устраняется за счет того, что внешние боковые поверхности полюсоь имеют скосы, угол которьгх зависит от размеров зазора и допустимых в нем отклонений распределения магнитного поля от линейного закона. Величина угла скоса устанавливается либо математическим моделированием, путем решения двухмерной задачи распределения магнитного поля в рабочем зазоре, либо экспериментальным путем. С целью обеспечения жесткой фиксации друг относительно друга четырех магнитопроводов, образующих в со вокзшности две квадрупольные линзы, применены металлические листы из немагнитного материала. Их конфигурация повторяет внешний вид контура сдвоен ной линзы с апертурными отверстиями. Эти листы устанавливаются как с торцов, так и, при необходимости, по длине устройства. Ввиду того, что их толпшна значительно меньше дпины активного железа, вызываемое ими искажение продольного магнитного поля бу дет несущественным. На фиг.1 изображен поперечный раз рез двухканальной магнитной фокусирующей системы; на фиг.2 - продольный разрез. Система содержит две квадрупольные линзы, каждая из которых образована двумя С-образными магнитопроводами 1, зеркально расположенными относительно медианной плоскости 2. Профилированными полюсными наконечниками 3 в рабочих каналах 4 сформировано требуемое квадрупольное фокусирующее магнитное поле, которое соз104дается магнитными потоками 5, возбуждаемыми катушками 6 возбуждения, размещенными в межполюсных окнах 7. Для обеспечения однородности магнитного поля рабочего зазора внешние стороны полюсов имеют скосы 8. Фиксация друг относительно друга четырех магнитопроводов осуществляется металлическими листами 9 из немагнитного материала. Заявляемое устройство работает следующим образом. Магнитные потоки 5, возбуждаемые катушками 6 возбуждения, замыкаются через зеркально расположенные относительно медианной плоскости 2 магнитопроводы 1-. В рабочих каналах 4 профилированными полюсными наконечниками 3 формируется магнитное поле квадрупольной конфигурации с требуе ыми фокусирующими характеристиками. Увеличение числа каналов в.2 раза позволяет повысить в 2 раза предельный ток частиц, а также пропускать различные частищд в этих каналах, в сравнении с двумя идентичными каналами по прототипу дает следующие технико-экономические преимущества: 1.Сокращаются поперечные размеры линз. Это позволяет осуществлять проводку двух параллельных пучков заряженных частиц при меньших поперечных габаритах трассы, что снижает капитальные затраты. 2.Существенно упрощается конструкция катушек возбуждения. Они стали менее трудоемкими. 3.Сокращается расход дорогостоящих токопроводящих и изоляционных 1 материалов. 4.Снижается энергопотребление. 5.Снижается расход теплоотводящей воды.

J9

/

МАГНИТНАЯ ФОКУСИРУЮЩАЯ СИСТЕМА, содержащая четырехполюсную линзу, вьшолненную в виде двух С-образных магнитопроводов с межполюсными окнами, в которых размещены катуш ки возбуждения, профилированными полюсньти наконечниками которых образован рабочий канал с магнитным полем квадрупольной конфигурации, отличающаяся тем, что, сцелью повьшения предельного тока частиц и расширения функциональных возможностей, она снабжена дополнительной четырехполюсной линзой, идентичной первой линзе, при этом обе линзы разнесены в поперечном направлении к медианной плоскости, а С - образные магнитопроводы обеих линз, находящиеся по одну сторону общей медианной плоскости,, объединены в две пары с nor мощью двух катушек возбуждения, размещенных в межполюсных окнах соответствующих пар.

///////.

/////

ф(/г.2