БЕТАТРОН Советский патент 1997 года по МПК H05H11/00 

Описание патента на изобретение SU1263190A1

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов промышленного применения.

Целью изобретения является повышение КПД устройства, упрощение его конструкции путем расширения камеры в центральной части и повышение магнитной проводимости электромагнита в его центральной части за счет переменного по радиусу полюса коэффициента заполнения полюса магнитопроводящими пластинами.

На фиг. 1 изображен предлагаемый бетатрон, поперечное сечение; на фиг. 2 тот же бетатрон в плане.

Бетатрон содержит полюса электромагнита, выполненные в виде центральной части 1 радиусом rc и кольцевой зоны 2, которая имеет профилированную поверхность 3. Полюса установлены на некотором расстоянии друг от друга и профилированными поверхностями 3 образуют рабочий зазор 4, в котором устанавливается ускорительная камера 5. Центральная часть 1 полюсов имеет отверстие 6, которое служит для размещения патрубка 7. Через патрубок 7 в ускорительную камеру 5 устанавливается инжектор 8. Центральная часть 1 полюсов избирается из пластин 9 ферромагнитного материала (например, из электротехнической стали) с максимально возможным коэффициентом заполнения. Так как центральные вкладыши удалены, то коэффициент заполнения кольцевой зоны 2 рассчитывается из условия выполнения бетатронного соотношения при удаленных вкладышах и он значительно меньше 1. Поэтому пластины 9 из ферромагнитного материала в зоне 2 при установке чередуются с прокладками 10 из немагнитного и диэлектрического материала, например текстолита. Общее количество ферромагнитных пластин 9 и диэлектрических прокладок 10 рассчитывается по полученному значению коэффициента заполнения Kc этой зоны и конкретных геометрических размеров электромагнита бетатрона. Технология изготовления полюсов практически не отличается от общеизвестной. Полюса в этом случае могут быть изготовлены из радиально расположенных пластин. Пластины при этом изготовляются разной длины и объединяются в сектора (см. фиг. 2). Количество секторов определяется по известным геометрическим размерам полюсов. Отличие заключается в том, что часть пластин 9 из ферромагнитного материала заменяется на прокладки 10 соответствующей длины.

При работе устройства в межполюсном зазоре возбуждается переменное во времени магнитное поле, которое одновременно обеспечивает ускорение и удержание на круговой орбите ускоряемых частиц.

В процессе ускорения должно выполняться бетатронное условие
(1)
где Bо индукция поля на равновесной орбите;
индукция, средняя на площади, охватываемой равновесной орбитой.

Ввиду отсутствия центральных вкладышей, бетатронное соотношение необходимо обеспечить, изготовив полюса с переменным коэффициентом заполнения ферромагнитным материалом, так как
φ(r) = B•S(r)•Kc(r), (2)
где φ(r) магнитный поток, необходимый для целей ускорения;
S площадь полюса;
Kc коэффициент заполнения.

Магнитный поток φ(ro), необходимый для целей ускорения при выбранной равновесной орбите, можно представить
φ(ro) = φ12, (3)
где
φ(ro) = 2πr2o

Bo (4)
поток, проходящий через центральную часть полюсов радиусом rc; φ2 магнитный поток, проходящий в кольцевой области между ro и rо•B5, Kc1 индукция насыщения магнитного материала и коэффициент заполнения центральной части полюса.

Обычно Kc1=0,9-0,95, поэтому для упрощения дальнейших расчетов полагают Kc1 приблизительно 1.

В свою очередь величина φ2 зависит от выбранного показателя спадания поля n в указанной кольцевой области:
(5)
Подставляя уравнения (4) и (5) в выражение (3) получают
(6)
Из выражения (6) путем подстановки
(7)
получают
(8)
Но левую часть выражения (8) можно представить в виде
Be=Bs•Kc/2
Тогда

Учитывая, что в действующих бетатронах
γ = 1,5-2,5
имеют
Kc=0,15-0,3.

Таким образом, для выполнения бетатронного соотношения при удаленных из межполюсного зазора центральных вкладышах полюса должны быть набраны с переменным коэффициентом заполнения, причем центральная часть полюсов радиусом rc набирается из указанных пластин с максимально возможным коэффициентом заполнения, близким к 1, а коэффициент заполнения остальной части полюса выбирается из условия выполнения бетатронного соотношения (2:1) и он значительно меньше 1. Коэффициент заполнения в этой части полюса определяет необходимое число пластин.

Кроме бетатронного соотношения (2:1) в рабочем зазоре 4 необходимо выдержать заданное значение показателя спадания поля . Для устойчивого движения ускоряемых частиц необходимо, чтобы n было заключено в пределах O<n<1. Заданное значение обеспечивается выбором угла наклона профилированной поверхности 3 с учетом влияния немагнитных прокладок 10. Коррекция показателя спадания поля может осуществляться выполнением корректирующего выступа 11 как в известных конструкциях, так и изменением положения и числа немагнитных прокладок 10. Обратный магнитопровод 12 может быть Ш-образного или многостоечного типа. Намагничивающая катушка 13 такая же, как и в известных конструкциях.

В предлагаемом бетатроне частицы ускоряются вихревым электрическим полем (как и в известных конструкциях). Частицы, вышедшие из инжектора, движутся по разворачивающейся спирали и попадают на равновесную орбиту радиусом rc. Так как в процессе движения частицы смещаются на больший радиус, то уменьшается вероятность их соударений с инжектором. Магнитное поле легко подобрать таким образом, что, начиная с радиуса инжекции ri, будет осуществляться фокусировка частиц по r и z направлениям. Все это приводит к тому, что увеличивается коэффициент захвата частиц в режим ускорения и в конечном итоге повышается КПД ускорителя и производительность работ с его использованием. Удаление центральных вкладышей из рабочего зазора приводит к упрощению конструкции ускорительной камеры.

Похожие патенты SU1263190A1

название год авторы номер документа
БЕТАТРОН 1982
  • Филимонов А.А.
  • Чахлов В.Л.
  • Чахлов Г.Л.
  • Истомин Б..Ф.
SU1085493A1
ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЕТАТРОНА 1986
  • Звонцов А.А.
  • Романова В.А.
  • Зрелов Ю.Д.
SU1360566A1
ИСТОЧНИК ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2011
  • Сорокин Владимир Борисович
RU2482642C1
МАГНИТОПРОВОД БЕТАТРОНА 1984
  • Филимонов А.А.
  • Кашковский В.В.
SU1237057A1
СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ УСКОРЕННЫХ ПОЗИТРОНОВ 2013
  • Сорокин Владимир Борисович
RU2530735C1
СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ 2007
  • Долбилов Геннадий Варламович
RU2359434C2
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В БЕТАТРОНЕ 2009
  • Кашковский Виктор Васильевич
  • Иванилова Татьяна Сергеевна
RU2408903C9
Электромагнит цилиндрического бетатрона 1976
  • Звонцов А.А.
  • Филинова В.А.
  • Чахлов В.Л.
  • Касьянов В.А.
SU605511A1
ИСТОЧНИК ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2011
  • Сорокин Владимир Борисович
RU2482641C1
ПОЛЮС БЕТАТРОНА 1985
  • Звонцов А.А.
  • Казьмин В.П.
  • Романова В.А.
SU1329597A1

Иллюстрации к изобретению SU 1 263 190 A1

Реферат патента 1997 года БЕТАТРОН

Бетатрон, содержащий электромагнит с полюсами, расположенную внутри него ускорительную камеру и расположенные в камере устройства ввода и вывода частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, каждый из полюсов электромагнита выполнен из набора пластин из ферромагнитного материала с различным коэффициентом заполнения, при этом коэффициент заполнения в центральной части каждого полюса превышает коэффициент заполнения в остальной части каждого полюса.

Формула изобретения SU 1 263 190 A1

Бетатрон, содержащий электромагнит с полюсами, расположенную внутри него ускорительную камеру и расположенные в камере устройства ввода и вывода частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, каждый из полюсов электромагнита выполнен из набора пластин из ферромагнитного материала с различным коэффициентом заполнения, при этом коэффициент заполнения в центральной части каждого полюса превышает коэффициент заполнения в остальной части каждого полюса.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года SU1263190A1

Л.М.Ананьев, А.А.Воробьев, В.И.Горбунов
Индукционный ускоритель электронов - бетатрон
- Госатомиздат, 1961, с
Способ приготовления консистентных мазей 1912
  • Каретников В.В.
SU350A1
Б.В Окулов
О высоковольтной инжекции в бетатроне из центрального зазора
Ускорители электронов и электрофизические установки
Межвузовский сборник
Томск, 1978, с
Скоропечатный станок для печатания со стеклянных пластинок 1922
  • Дикушин В.И.
  • Левенц М.А.
SU35A1

SU 1 263 190 A1

Авторы

Звонцов А.А.

Казьмин В.П.

Чахлов В.Л.

Даты

1997-01-27Публикация

1985-01-31Подача