Электромагнит кольцевого ускорителя заряженных частиц Советский патент 1986 года по МПК H05H13/08 

11 Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано, например, при сооружении радиально-секторных ускорителей с азимутальной вариацией магнитного поля Известны циклические ускорители типа циклотронов с азимутальной вариацией магнитного ноля. Электромагниты этих ускорителей имеют в основном двухъярёмную конструкцию; две вертикальные боковые стойки расположены между верхней и нижней горизонтальными балками, к которым прикреплены цилиндрические полюса с обмотками возбуждения. Установленные на поверхности полюсов Секторы и коррек тирующие обмотки формируют в рабочем зазора управляющее магнитное ноле, постоянное во времени. На установках подобного тина можно ускорять заряженные частицы до энергии порядка 100 МэВ. Конструктивно-технические ограничения чрезмерное увеличение веса и сложность обеспечения глубокой ази мутальной вариации поля) делают непригодным использование такоготипа ускорителя для получения пучков более высоких энергий. Переход от конструкции магнитааналога со сплошным полюсом к кольцевой системе, не содержащей железа в центре, сделало возможным ускорять частицы до гораздо больших энергий в фазотронйом режиме, Наиболее близким к изобретению техническим решени ем является радиально-секторный уско ритель с азимутальной вариацией магнитного поля. Его электромагнит соетоит из 2N отдельных С-образных магнитов, расположенных по кольцу и разделенных между собой прямолинейными промежутками. Магнитопроводы магнитов состоят из вертикальных сто ек, к которым консольно прикреплены верхние и Н11жние балки. На концах балок установлены полюса, между которыми, в межполюсных зазорах, сформировано магнитное поле, созданное обмотками возбуждения, расположенными на полюсах. Магнитное поле в каждом из последуюицих зазоров имеет противоположное направление, при этом абсолютное значение напряженное ти поля и-его градиент одинаковы. Прототипу присущ существенный недостаток, а именно: наличие магнитов с обратным направлением поля вызы12вает увеличение длины орбиты, В результате этого возрастает общий вес. Целью настоящего изобретения явяется уменьшение веса и габаритов электромагнита при сохранении величин нолей в межполюсных зазорах. Поставленная цель достигается тем, что в электромагните кольцевого ускорителя заряженных частиц, содержащем четное количество пар полюсов чередующейся азимутальной протяженнрсти, расположенных по окружности, с установленными на них обмотками возбуждения для создания в межполюсных зазорах чередующихся по направлению магнитных полей, а также магнитопроводы обратных магнитных потоков, Магнитопроводы выполнены в виде идентичных ферромагнитных шайб, на которых закреплены полюса, и стоек ме;кду шайбами, установленных напротив внешних сторон полюсов большей азимутальной протяженности, при этом характерное расстояние между полюсами но азимуту L связано с высотой полюса h и величиной межполюсного зазора 8 соотношением 2h + S L. Применение шайб позволяет объединить в магнитном отношении Магнитопроводы, в результате чего обратный магнитный поток каждого межполюсного зазора частично или полностью минует стойку, замыкаясь по щайбам на соседние полюса. А так как расстояние между соседними межполюсными зазорами L меньше, чем высота стойки, то примерно пропорционально разности этих размеров сокращается вес магнитопровода. В частном случае, когда электромагнит состоит из идентичных межполюсных зазоров, необходимость в стойках отпадает вообще, но при этом возникает необходимость расставить по кольцу между нижней и верхней шайбами стойки из немагнитного-материала. На фиг.1 представлен частичный вертикальный разрез электромагнита радиально-секторного кольцевого ускорителя в линейной развертке; на фиг,2 - электромагнит в плане. Для упрощения обмотки возбуждения на полюсах не показаны. Электромагнит содержит 2N нижних полюсов 1 и 2N верхних полюсов 2,Они закреплены на нижней 3 и верхней 4 311 ферромагнитных шайбах, установленных симметрично относительно медианной плоскости. Напротив внешних сторон полюсов большей азимутальной протяженности, между шайбами, установлено N стоек 5. В N межполюсных промежутках 6 проходят магнитные потоки 7, а в N межполюсньгх промежутках 8 магнитные потоки 9, имеющие противоположное направление. Устройство работает следующим образом. Магнитные потоки 7 ( и 9 (ф мф+qp +ф), попадая в ферромагнитные шайбы 3 и 4, перераспреде ляются, в результате чего через стой ки 5 замыкается лишь разностный магнитный поток Ч, , - Тз, который и определяет площадь сечения, т.е. габариты и вес. При равенстве площадей 14 полюсов, т.е. идентичности межполюсных зазоров, ,- и необходимость в стойках отпадает (ф О). Толщина шайб также уменьшаете, т.к. она теперь определяется максимальной величиной составляющих ф и Т магнитного потока Ф . 1 Уменьшение числа стоек облегчает доступ к рабочему зазору ускорителя, что упрощает конструкцию и эксплуатацию ускорителя. Устройство целесообразно использовать при разработках электромагнитов кольцевых ускорителей и ускорителей со встречными пучками, характерной особенностью которых является наличие в межполюсных зазорах одинакового по абсолютной величине магнитного поля, но последовательно чередующегося по направлению.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ КОЛЬЦЕВОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий четное количество пар полюсов чередующейся азимутальной протяженности, расположенных по окружности. с установленными на них обмотками возбуждения для создания в межполюсных зазорах чередующихся по направлению магнитных полей, а также магнитопроводы обратных магнитных потоков , отличающийся тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов электромагнита при сохранении величин полей в межполюсных зазорах, магнитопроводы выполнены в виде идентичных ферромагнитных шайб, на которых закреплены полюса, и стоек между шайбами, установленных напротив внешних сторон полюсов большей азимутальной протяженности, при этом i характерное расстояние между полюсами по азимуту L связано с высотой (Л полюса h и величиной межполюсного зазора S соотношением 2h- S L. с 00 О5