МАГНИТ ДЛЯ ПОВОРОТА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Советский патент 1995 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при проектировании магнитных систем для ахроматичного поворота пучков заряженных частиц на выходе линейных ускорителей промышленного и медицинского назначения.

Целью изобретения является повышение стабильности оптических параметров пучка заряженных частиц на выходе устройства путем устранения линейной и угловой дисперсии в магните, определяющих зависимость поперечного фазового объема пучка от его энергетического спектра на входе в магнит.

Изобретение поясняется фиг. 1, где дан общий вид устройства в сечении его медианной плоскостью; на фиг. 2 азимутальная развертка устройства вдоль направления движения пучка S; на фиг. 3 дисперсная функция D и огибающая пучка в радиальной плоскости; на фиг. 4 огибающая пучка в вертикальной плоскости.

Устройство содержит обмотку возбуждения 1, охваченную стойками ярма обратного магнитопровода 2, полюсный наконечник 3, формирующий неоднородное поле с показателем спада n₁, полюсный наконечник 4, формирующий неоднородное поле с показателем спада n₂. Круговая осевая траектория в поворотном магните имеет радиус поворота R. Угол поворота частиц на локальном участке с показателем спада поля n₁ равен ϕ₁. Угол поворота частиц на локальном участке с показателем спада поля n₂ при числе участков 2 равен ϕ₂, АА′ плоскость зеркальной симметрии магнита.

Устройство работает следующим образом.

Пучок ускоренных частиц, проходя последовательно участки ϕ₁, ϕ₂, ϕ ₃, ϕ с разными значениями показателя спада поля фокусируется одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях и поворачивается на угол Q=2(ϕ₁+ ϕ₁). Показатели спада поля на первом ϕ₁ и втором участках ϕ₂ выбираются так, что удовлетворяется соотношение
sin + cos ×
× + 0, где n_1,2=-R показатель поля, соответственно на первом и втором участках, причем n₁>0, n₂<0. В этом случае в плоскости зеркальной симметрии АА (фиг. 1) угловая дисперсия будет равна нулю. И в силу зеркальной симметрии всей системы на выходе магнита будет отсутствовать линейная и угловая дисперсии. А это значит что поворотный магнит обладает ахроматичными свойствами. Следовательно, радиальный эмиттанс пучка остается точно таким же, как и на выходе в магнит, и не зависит от разброса частиц по энергии.

Число участков К с различными значениями показателя спада поля, их протяженность и величины выбираются в зависимости от конкретного назначения магнита.

ϕ_1,2 углы поворота соответственно первого и второго участков;
R радиус поворота круговой равновесной траектории; при К 3 показатель спада поля на первом участке по ходу движения частиц имеет знак (-), на втором участке (+), на третьем (-), величины градиентов связаны между собой соотношением
sinch · +
+ · + +
+ cos( sh() +
+ ch() + + 0, где n_1,2,3 показатели спада поля соответственно на 1-м, 2-м и 3-м участках;
ϕ_1,2,3 углы поворота соответственно 1-го, 2-го и 3-го участков.

На фиг. 2-4 в качестве конкретного примера реализации представлено поворотное устройство терапевтического линейного ускорителя электронов. Поворотное устройство представляет собой ахроматичную систему с углом поворота 130^о, состоящую из трех магнитов. Система выполнена оптимально в соответствии со своим назначением, т.е. имеет наименьшие масса-габаритные характеристики. Общий угол поворота пучка магнитным полем составляет ≈ 240^о. Поворотное устройство представляет собой одиночный магнит, у которого К=3
ϕ₁= 0,2798 рад. ϕ ₂=0,4740 рад. ϕ₃=0,3803 рад. n₁=-6,96, n₂=7,037, n₃=-7,12, R=10 см; высота воздушного зазора вдоль осевой траектории h=1 см.

На фиг. 3, 4 приведены дисперсионная функция D и огибающие пучка (-радиальное движение), ( вертикальное движение).

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при проектировании магнитных систем для ахроматического поворота пучков заряженных частиц на выходе линейных ускорителей промышленного и медицинского назначения. Магнит для поворота пучка заряженных частиц содержит обмотку 1 возбуждения, охваченную стойками ярма обратного магнитопровода 2, полюсные наконечники 3, 4, формирующие неоднородные поля с показателем спада n₁ и n₂ соответственно. Круговая осевая траектория в поворотном магните имеет радиус поворота R. Углы поворота частиц на локальных участках с показателями спада n₂ и n₂ равны ϕ_o и ϕ₂ соответственно. AA′ плоскость зеркальной симметрии магнита. Магнит имеет повышенную стибильность оптических параметров пучка заряженных частиц на выходе путем устранения в нем линейной и угловой дисперсии. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. МАГНИТ ДЛЯ ПОВОРОТА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий расположенные симметрично относительно медианной плоскости полюсные наконечники, на которых размещена обмотка возбуждения, охваченная ярмом обратного магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности оптических параметров пучка заряженных частиц на выходе устройства путем устранения линейной и угловой дисперсии в магните, полюсные наконечники выполнены в виде последовательно расположенных в азимутальном направлении участков, на каждом из которых обращенные к медианной плоскости поверхности полюсных наконечников имеют форму конфокальных гипербол с противоположно направленными в соседних участках углами наклона гипербол к медианной плоскости, причем все участки зеркально симметричны относительно половины угла поворота магнита. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число азимутальных участков равно двум и при этом выполняются условия

при n₁ > 0; n₂ < 0,
где n₁ показатель спада магнитного поля на первом по ходу пучка участке;
n₂ показатель спада магнитного поля на втором по ходу пучка участке;
ϕ₁ азимутальная протяженность первого участка, рад;
ϕ₂ азимутальная протяженность второго участка, рад. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число азимутальных участков равно трем, при этом выполняются условия


при n₁ < 0; n₂ > 0; n₃ < 0,
где n₁, n₂, n₃ показатели спада магнитного поля на первом, втором и третьем по ходу пучка участках;
ϕ₁,ϕ₂,ϕ₃ азимутальные протяженности первого, второго и третьего участков, рад.