МАГНИТОПРОВОД БЕТАТРОНА Советский патент 1997 года по МПК H05H11/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке индукционных ускорителей с азимутальной вариацией управляющего магнитного поля.

Цель изобретения увеличение мощности дозы излучения бетатрона путем повышения фокусирующих сил магнитного поля.

На фиг. 1 изображен магнитопровод бетатрона (поперечное сечение); на фиг.2 магнитопровод бетатрона (вид в плане); на фиг.3 вариант выполнения пазов на яремной части; на фиг.4 структура магнитного поля в рабочем зазоре бетатрона.

Устройство содержит стойки 1, ярма 2, центральные вкладыши 3 и полюса. Каждый полюс имеет центральную часть 4 и гребни 5 и 6. Каждый полюс размещен в яремной части 2 следующим образом.

Центральный сердечник 4 и гребни 5 (на фиг.2 заштрихованы) установлены в специальный паз 7 (см. фиг. 3), выполненный в яремной части 2. Между торцовыми поверхностями 8 гребней 6 и поверхностью 9 яремной части 2 выполнен зазор 10. Этот зазор выполнен путем изготовления гребней 6 меньшей высоты. Гребни 6 имеют меньшую высоту на величину глубины паза 7 плюс высота Δ зазора 10. Для лучшей механической прочности в зазор 10 устанавливаются текстолитовые прокладки. Каждый полюс центральной шпилькой притягивается к ярму. Таким образом, предлагаемая установка полюса не позволяет смещаться полюсам друг относительно друга за счет "заглубления" центральной части 4 и нескольких гребней 5. Количество "заглубленных " гребней 5 может быть равно половине их общего числа N. Минимально допустимое их число два. Гребни 5 и 6 при установке чередуются по азимуту.

Порядок чередования определяется их общим число N и количеством гребней 5 и определяется путем расчетов и моделирования для конкретной установки. Ярма 1, стойки 2, гребни 5 и 6 центральная часть 4, как и в известных конструкциях набирается из отдельных изолированных пластин. Поверхности 11 гребней 5 и 6 выполняют профилированной, чтобы обеспечить необходимый закон изменения среднего по азимуту показателя спадания <n>. Магнитопровод имеет разъем по средней плоскости 12 рабочего зазора.

Устройство работает следующим образом. С помощью намагничивающей катушки создается магнитный поток, который циркулирует по магнитопроводу (по стойкам 1, ярмам 2, вкладышам 3, центральному сердечнику 4 и гребням 5 и 6). Частицы ускоряются вихревым электрическим полем, поэтому пластины 11 изолируют с обеих сторон. С помощью гребней 5, установленных в пазы 7 на ярмах 2, в рабочем зазоре формируется азимутально-периодическое магнитное поле. Максимум напряженности поля совпадает с осевой линией каждого гребня 5. С помощью гребней 6 формируется дополнительное магнитное поле. Максимальное значение напряженности также совпадает с осевой линией каждого гребня 6, но уровень этого максимума ниже, чем максимум напряженности поля, сформированного гребнями 5. Это объясняется введением зазора 10 между торцовыми поверхностями 8 гребней 6 и поверхностями 9 яремной части 2. Поведение напряженности поля на азимуте 0-180^o в зависимости от величины зазора 10 (от величины D), показано на фиг.4. Следовательно, в один элемент периодичности входят 2 соседних гребня и два промежуточных между ними (для конструкции, изображений на фиг. 1 и 2). Такое более сложное азимутально-периодическое магнитное поле можно разложить в ряд Фурье. Разложение показывает, что в таком поле расширяется гармонический состав и увеличиваются амплитуды отдельных гармоник. Разложение обычно проводят относительно точки, лежащей в средней плоскости 12 рабочего зазора на радиусе r_o. В таком поле вертикально-фокусирующая сила возрастает и определяется по выражению:

где F флаттер поля, <n> средний по азимуту показатель поля, ε_N - амплитуда основной гармоники поля (в относительных единицах к уровню среднего поля).

Нужное значение <n> обеспечивается выполнением соответствующего профиля поверхностей 11 гребней 5 и 6.

Флаттер F в предлагаемой конструкции магнитопровода возрастает за счет различных значений напряженности на максимумах поля. Величина дополнительного зазора Δ составляет всего несколько процентов от величины межполюсного зазора. Необходимое значение D выбирается для конкретной установки путем расчетов и моделирования поля, и определения флаттера F. Максимальное значение D больше которого выполнять зазор 10 нецелесообразно, определяется из следующих соображений.

Напряженность поля в центре промежутка на радиусе r между идентичными гребнями с общим числом N определяется следующим образом:

где b_гр, δ полуширина гребня и величина межполюсного полузазора на радиусе r.

Так как радиус равновесной орбиты r_o определяется пpиблизительно как , то H_мин(r_o) определяется выражением:

Наибольшее значение флаттера при относительно высоком значении средней по азимуту напряженности поля <H_z> может быть получено, если Δ_макс выбрать так, что максимальное значение напряженности под центрами гребней 6 на r_o было приблизительно равно H_мин(r_o), определенной согласно выражению (3). Учитывая, что магнитодвижущая сила при одной намагничивающей катушке постоянна для любой силовой линии, можно определить H_макс2 следующим выражением

Приравнивая выражения (2) и (4) получим

откуда

или же

Расчеты показывают, что значение Δ_макс составляет 10-15% от величины межполюсного зазора. Следовательно, увеличение среднего по площади зазора составляет всего несколько процентов и практически не приводит к увеличению потребляемой мощности. Технология изготовления практически не усложняется.

Подобная конструкция может быть применена и в случае спиральных гребней.

Техническое преимущество предложенного магнитопровода состоит в увеличении фокусирующих сил как следствие этого, числа ускоряемых частиц в цикле. Следовательно, повышается мощность излучения. Кроме того, установка центрального сердечника и части гребней в пазы не позволяет самопроизвольно смещаться гребням противоположным полюсов по азимуту, что повышает стабильность излучения.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке индукционных ускорителей с азимутальной вариацией управляющего магнитного поля. Магнитопровод бетатрона содержит стойки 1 ярма 2, центральные вкладыши 3, полюса, каждый из которых имеет центральную часть 4 и гребни (Г) 5, 6 и установлен в пазу ярма 2. Между торцовыми поверхностями 8 Г 6 и поверхностью 9 ярма 2 имеется зазор 10, в который устанавливаются текстолитовые прокладки для механической прочности. Г 5 и 6 при установке чередуются по азимуту. Порядок их чередования определяется их общим числом N и количеством Г5 и определяется расчетным путем:

где r_c м r_п - радиусы центральной и наружной частей полюса соответственно; b_гр - полуширина Г 5 и 6 δ - величина межполюсного полузазора на среднем радиусе. Увеличивается мощностью дозы излучения бетатрона путем повышения фокусирующих сил магнитного поля. 4 ил.

Магнитопровод бетатрона, содержащий охваченные ярмами стойки, внутри которых расположены центральные вкладыши и два полюса с центральной частью и гребнями, имеющими торцовую поверхность, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности дозы излучения бетатрона путем повышения фокусирующих сил магнитного поля, в ярмах выполнены пазы, в которых размещены центральная часть полюсов и часть гребней каждого полюса, а между торцовой поверхностью каждого из остальных гребней и поверхностью ярма выполнен зазор, причем гребни, помещенные в пазы, установлены с чередованием по азимуту с гребнями, имеющими указанный зазор, и при этом выполняется условие

где r_с радиус центральной части, м;
r_п наружный радиус полюса, м;
N общее число гребней;
b_г р полуширина гребней, м;
δ величина межполюсного полузазора на среднем радиусе, м.