Устройство для пространственного деления пучка ускоренных частиц Советский патент 1990 года по МПК H05H7/04 

И:юбр1 темие относится к ускорительной TfXHMKt и может Г)ыть нсполь;яовано при разработке каналок транспортировки частим в выходных устройствах ускорителей на высокие эне(иии.

Целью и:юбретения является уменьшение габаритов устройства и повышение энергии делимого пучка путем увеличения в узле предварительного разделения градиента полей, отклоняющих пучок в поперечном направлении.

На фиг. I дана общая схема устройства; на фиг. 2 а, б, в, 3, 4, 5 - конструкция его отдельных узлов.

Устройство содержит узел предварительного разделения пучка, выполненный в виде дублета магнитных квадрупольных линз I, и разводяп1ий магнит 2 с обмотками возбуждения 3, выполненный в виде магнита Ламбертсона. Сплошным черным фоном показан ленточный пучок, наводимый на квад- рупольный дублет. После прохождения дублета пучок делится на три части.

На фиг. 2 схематически изображено поперечное сечение магнитной квадрупольной линзы 1. Четыре катущки 4 возбуждения помещены в железное ярмо 5, а в двух противоположных полюсах 6 имеются два сквозных отверстия 7, отделенных от межполюсного зазора 8 тонкими железными перегородками 9. а - угол наклона клина железной перегородки 9 относительно касательной к полюсному наконечнику 10 в точке схождения отверстиями двух клиньев перего- родки 9. / - радиус рабочей области зазора 8. Для наглядности показан также ход силовых линий магнитного поля в одной из четвертей квадрупольной линзы 1.

На фиг. 3 схематически изображено по- перечное сечение магнита Ламбертсона 2, имеющего железное ярмо II, одно сквозное круглое отверстие-прорезь 12, отделенное тонкими перегородками 13 от двух зазоров 14 с полями разного знака.

В магнитной квадрупольной линзе I раз- меры и форма сквозных отверстий 7 определяются вертикальными и горизонтальными размерами протонного пучка на делящем устройстве. Толщина железной перегородки 9, а точнее угол а, определяется противоре- чивыми требованиями: при иулевом поле в отверстии 7 иметь максимальный градиент поля G в рабочей области зазора 8 и минимальные потери протонов на самой перегородке 9 при делении протонного пучка на три части. Поскольку полюса 6 проводят не только центральный магнитный поток, выходящий из зазора 8, но и боковой поток, выходящий из катушек 4 возбуждения, то ширина полюса 6 должна возрастать от полюсного наконечника 10 к краю железного ярма 5. Поэтому поперечное сечение катущек 4 выполнено в виде узкого вытянутого пря.моугольника. В этом случае мак- сима.чьная величина градиента поля О в зазоре 8 определяется насыщением железа вблизи полюсного наконечника 10.

Пусть Вж, В ч й(|индукция магнитного поля соответственно в железной перегородке 9, на краю рабочей области зазора 8 непосредственно под перегородкой 9 и в отверстии 7; ц - относительная магнитная проницаемость железа при данной Вж. Тогда, если при повышении индукции магнитного поля йж не доводить железо в перегородке 9 до насыщения и остановиться на максимальной величине Вжмакс с соответствующим значением ц 200-250, то магнитное поле в зазоре 8 остается квадру- польным, а градиеит поля G в зазоре 8 и индукция поля So в отверстии 7 имеют значения:

,-, Ож.макс

О ---sma; К

(11

20

15

Вж

(2)

Видно, что при увеличении угла а уве- лич ваются как градиент поля G, так и площадь клина железной перегородки 9, пропорциональная также sina., а с нею и потери протонного пучка при делении. Проведенные, на ЭВМ расчеты магнитного поля в квадрупольной линзе 1 предложенной системы деления, а также оптимизация размеров и формы железной перегородки 9 полностью подтвердили правильиость выражений (I) и (2), т. е., другими словами, показали возможность иметь в зазоре 8 чистое квадру- польное поле с соответствующим градиентом G и при этом практически не иметь поля в отверстиях 7.

Устройство работает следующим образом.

Протонный пучок, имеющий перед узлом разделения форму вытянутого в вертикальном направлении шнура с малыми поперечными размерами, наводится на узел разделения Так, чтобы боковые части пучка попали в отверстия 7 магнитной квадрупольной линзы I, из дублета которых он состоит. Тогда центральная часть протонного пучка фокусируется дублетом, а боковые части пучка проходят через отверстия 7 в линзах не отклоняясь. Повыщая величину градиента G в зазоре 8 квадрупольной линзы 1, можно уменьщнть или общую длнну узла разделения, или расстояние от него до разводящего магнита 2, т. е. уменьшить длину всей системы деления. Разведение в горн- зоитальиой плоскости на большие углы трех разделеиных частей протонного пучка осуществляется магнитом Ламбертсона 2, который расположен после узла разделения на таком расстоянии, когда пространственное разделение центральной сфокусированной части протонного пучка и боковых невозмущенных частей пучка достигнет нескольких миллиметров, что определяется толщиной перегородок 13, отделяющих круглое сквозное отверстие 12 от двух зазоров 14 с полями разного знака. В магните Ламбертсона 2 центральная сфокусированная часть протонного пучка проходит сквозное отверстие-прорезь 12, не отмоняясь, а боковые невозмущен- иые части пучка, попадающие в зазоры 14, отклоняются в горизонтальной плоскости в противоположные стороны, причем угол поворота прямо пропорционален как длине магнита Ламбертсона 2, так и величине поля в зазорах 14. Если в магнитной квадру- польной линзе I угол о выбрать равным 40°, то при соответствующих размерах протонного пучка на узле разделения потери протонов при делении на три части составляют ту же величину, что и в прототипе. Так как в отличие от прототипа данное устройство основано на магнитных элементах и разделяет протонный пучок сразу на три части, то по сравнению с прототипом при делении протонного пучка той же энергии и одинаковом магните Ламбертсона можно уменьщить общую длину устройства. Это достигается за счет того, что может быть уменьщена или длина узла разделения примерно в три раза, или расстояние между узлом и разводящим магнитом 2 также примерно в три раза. Если не увеличивать длину узла и расстояние между ним и

магнитом Ламбертеона 2, то дамчое ;.;. гройгт- во может делить протонный пучок примерно в три раза большей энергии, чем прототип. Наиболее полно преимущества предложенной системы деления проявляются при делении протонного пучка высокой энергии (более юбоГэВ). При необходимости данное устройство можно нспользовать для деления протонного пучка только на две части.

Формула изобретения

Устройство для пространственного де- лення пучка ускоренных частиц, содержащее у.зел предварительного разделения пучка и расположенный за ними разводящий магнит с тремя рабочими каналами, отличающееся тем, что, с целью уменьщения габаритов устройства и повыщения энергии делимого пучка, узел разделения пучка выполнен в виде дублета магиитных квадрупольных линз, при этом в двух противолежащих полюсах каждой из линз выполиена пара сквозных вдоль оси линз и вытянутых в радиальном направленин прорезей, каждая из которых отделена от межполюсного зазора линз перегородкой в виде двух направленных навстречу друг другу вершинами клиньев.

Изобретение относится к области ускорительной техники. Устройство для прост ранственного деления пучка (П) ускоренных частиц содержит разводящий магнит с рабочими каналами и узел предварительного разделения П в виде дублета магнит ных квадрупольных линз, каждая из которых имеет следующее строение: четыре катушки 4 возбуждения помещены в железное ярмо 5, в двух противоположных полюсах 6 имеется пара сквозных вдоль оси линз и вытянутых в радиальном направлении прорезей 7, каждая из которых отделена от межполюсиого зазора 8 перегородкой 9 в виде двух клиньев из железа, направленных навстречу друг дру1 у вершинами. Повышается энергия делимого П за счет увеличения градиента полей, отклоняющих П в поперечном нагвравлении. 5 ил ч to о ;0 «л INS (Puz.la

ф1/г.

Viiz. 2(f

Ш.

.0

iT/

.Щ

Фаг. Zfl