ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЕТАТРОНА Советский патент 1997 года по МПК H05H11/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов повышенной интенсивности, используемых для целей радиационной технологии.

Целью данного изобретения является повышение интенсивности излучения бетатрона путем увеличения фокусирующих сил, а также снижение массы устройства и упрощение процесса наладки и эксплуатации.

На фиг. 1 показан электромагнит, поперечное сечение; на фиг. 2 разрез Б Б на фиг. 1; на фиг. 3, 4 изменение напряженности поля в средней плоскости рабочего зазора для различных вариантов гребней полюсов (расчетные данные); на фиг. 5, 6 изменения показателя спадания управляющего поля для различных вариантов гребней полюсов (расчетные данные).

Электромагнит бетатрона содержит намагничивающую катушку 1, ярма 2, стойки 3, центральные вкладыши 4 и полюса. Каждый полюс имеет центральный сердечник 5 и гребни 6 и 7. В каждом полюсе между центральным сердечником 5 и гребнями 6 выполнены каналы 8. Центральные вкладыши 4 установлены не между полюсами, как это имеет место в известных конструкциях, а между центральным сердечником 5 и ярмами 2, по равному числу вкладышей с каждой стороны от средней плоскости 9 рабочего зазора 10. Центральная часть ярем выполняется съемной, чем обеспечивается доступ к центральным вкладышам 4.

Центральные сердечники 5 могут устанавливаться с зазором 11 либо может быть выполнен один "сквозной" сердечник 5. Такое расположение центрального сердечника 5 и центральных вкладышей 4 позволяет до минимума сократить проникновение полей рассеяния в рабочий зазор 10 и тем самым устранить влияние полей рассеяния от вкладышей 4 на параметры управляющего поля. Гребни 6 полюсов располагаются между центральным сердечником 5 и окружностью радиусом
,
где r_н, r_c- наружный радиус полюса и радиус центрального сердечника соответственно. Этот радиус, примерно, равен радиусу r_o (M) равновесной орбиты. Профилированные повыерхности 12 гребней 6 разнополярных полюсов образуют межполюсный зазор, увеличивающийся по радиусу. Гребни 6 формируют секторные участки магнитного поля, напряженность которого уменьшается по радиусу, причем поля рассеяния с поверхностей 12 и 13 формируют поле за пределами указанных гребней 6. Показатель спадания поля профилем поверхностей 12 выбирается больше 1, и тем самым обеспечивается сильная вертикальная фокусировка. Каналы 8 ослабляют шунтирующее влияние центрального сердечника 5 на магнитный поток, циркулирующий через гребни 6.

Ширина каналов h_k(M) может быть ориентировочно выбрана из условия h_к= (0,1-0,2)δ_o(M), где δ_o- ширина межполюсного зазора.

Окончательно ширина каналов определяется путем более точных расчетов и моделированием для конкретной установки.

Соседние гребни 7 установлены между окружностью радиусом и наружным радиусом полюса. Поверхности 14 гребней 7 образуют межполюсный зазор, уменьшающийся с ростом радиуса, и, следовательно, на этих участках формируется радиально-возрастающее поле, показатель которого меньше 0. Эти участки поля простираются вплоть до центрального сердечника 5 также за счет полей рассеяния. Поверхности 13 и 14 могут быть линейными. Таким образом, сокращение длины гребней в два раза позволяет снизить массу ферромагнитного материала и обеспечить знакопеременность показателя спадания поля, т.е. сформировать поле с признаками сильной фокусировки. Кроме того, выполнение гребней 6 и 7 длиной, равной половине радиальной апертуры рабочего зазора, позволяет разместить достаточное их число, т.е. получить управляющее поле с необходимым числом элементов периодичности. Конкретные размеры гребней 6 и 7 определяются расчетами и моделированием поля и траектории заряженных частиц.

Ярма 2, стойки 3 и вкладыши 4, сердечник 5 и гребни 6 и 7 набираются из отдельных изолированных пластин. Между вкладышами 4 и ярмом 2 и сердечником 5 устанавливаются регулировочные прокладки 15.

Устройство работает следующим образом.

С помощью намагничивающей катушки 1 создается магнитный поток, который распределяется между сердечником 5 и гребнями 6 и 7. Бетатронное соотношение 2: 1 выполняется подбором толщины прокладок 15. Гребни 6 формируют участки поля с показателем n>1, а гребни 7 с показателем n<0, но (n) на этих участках также >1. Чередование участков вдоль орбиты обеспечивает одновременную "сильную" фокусировку частиц. Величины фокусирующих сил определяются числом и протяженностью этих участков и величинами показателей спада поля на этих участках.

В один элемент периодичности входят по одному гребню 6 и 7 и промежутки между ними. Положение равновесного радиуса регулируется толщиной диэлектрических прокладок 15 и величиной зазора 11 между сердечниками 5.

Упрощение работ по настройке ускорителя на максимальную мощность излучения достигается тем, что разборки электромагнита не требуется. Центральную часть каждого ярма диаметром, равным диаметру центральных вкладышей, можно сделать съемной. При настройке снимается центральная часть ярма и устанавливается необходимый набор вкладышей и прокладок.

На фиг. 3 показано изменение напряженности поля H (кривая 16) в средней плоскости 9 рабочего зазора 10 вдоль осевой линии гребня 6. Для сравнения на фиг. 3 показано изменение напряженности H_z (кривая 17) при тех же условиях, но при расположении центральных вкладышей 4 между полюсами. На фиг. 4 показано изменение (18) напряженности поля H_z вдоль осевой линии гребня 7 для предлагаемой конструкции и для сравнения изменение (19) при расположении вкладышей 4 между полюсами. На фиг. 5 и 6 показано изменение показателя спадания поля n для вышеуказанных случаев (зависимости 20, 21, 22, 23 соответственно). Таким образом, зависимости, приведенные на фиг. 3, 4, 5, 6, показывают, что магнитное поле, сформированное с помощью электромагнита данной конструкции, обладает в окружности равновесного радиуса r_o(r_o 4,5 см) признаками "сильной" фокусировки.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов повышенной интенсивности, используемых в радиальной технологии. Цель изобретения - повышение интенсивности излучения бетатрона - достигается путем увеличения фокусирующих сил, а также снижение массы устройства и упрощение процесса наладки и эксплуатации. Для этого гребни 6 и 7 каждого полюса установлены с чередованием по азимуту как снаружи, так и внутри окружности, радиус которой выбирают равным полусумме радиусов сердечника и полюса. На чертеже также показаны намагничивающая катушка 1, ярмо 2, стойки 3, вкладыши 4, сердечник 5, каналы 8, средняя плоскость 9 рабочего зазора 10, зазор 11, поверхности 12, 13 и 14 гребней, прокладки 15. При настройке ускорителя на максимальную мощность разборки электромагнита не требуется. 6 ил.

Электромагнит бетатрона, содержащий охваченные ярмами соосно расположенные полюса с центральными вкладышами и сердечником, вокруг которого периодически по азимуту установлены гребни, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности излучения бетатрона путем увеличения фокусирующих сил, а также снижения массы устройства и упрощения процесса наладки и эксплуатации, гребни установлены с чередованием по азимуту снаружи и внутри окружности, радиус которой равен полусумме радиусов сердечника и полюса, при этом между установленными внутри этой окружности гребнями и сердечником выполнены зазоры, а центральные вкладыши расположены между ярмами и сердечником.