Квадрупольная линза Советский патент 1992 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для разработки каналов транспортировки пучков заряженных частиц с магнитотвердыми возбудителями рабочего магнитного поля.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных характеристик при увеличении относительного размера рабочей части апертуры линзы.

На фиг.1 изображена предлагаемая конструкция квадрупольной линзы, поперечный разрез; на фиг.2 - графики основной и шестой гармонических составляющих полей единичных квадруполей, сумма которых определяет гармонический состав суммар- ного поля.

Предлагаемая конструкция линзы (фиг.1) содержит круговую апертуру 1, по границе которой размещены четыре магнито- твердых полюса, каждый из которых состоит из двух блоков 2 и 3 из магнитотвердого материала. Каждый из этих блоков симметричен плоскости, проходящей через центральную ось апертуры 1, а эти плоскости симметрии смещены на угол 30°. С внешней стороны блоки 2 и 3 опираются на сварной цилиндр, состоящий из магнито- мягких участков 4 и немагнитных участков 5, соединенных сварными швами 6.

На магнитопроводах 4 имеются участки 7 с обмотками 8 управления.

При составлении каждого поля квадрупольной линзы(КЛ)из двух одноименно намагниченных блоков из магнитотвердого материала со смещением их осей симметрии на центральный угол 30° два квадруполя, образуемые этими блоками, суммируются так, что суммарное основное квадрупольное поле увеличивает свою амплитуду в 1,9 раза, а шестая гармоника суммарного поля, внося- щая основной вклад в образование нелинейности поля, становится равной нулю, так как шестые гармоники единичных квадруполей при смещении их осей на 30° становятся в противофазе и взаимно компенсируют друг друга.

При анализе погрешностей магнитного поля в апертуре КЛ, вызванных его радиальной нелинейностью, в конструкциях КЛ с блоками из магнитотвердых материалов на границе апертуры без специальных мер по уменьшению шестой гармоники уровень высших гармоник составляет: шестая гармоника - порядка 5% от основной, а десятая гармоника - не более 0,5%.Это значит,что без компенсации шестой гармоники зона апертуры, в которой нелинейность поля меньше 5 , имеет диаметр ,5 do, где do - диаметр апертуры КЛ.

При полной компенсации шестой гармоники в предлагаемой конструкции зона апертуры, в которой нелинейность поля меньше б Ю увеличивается до d2 0,8 do.

Например, при наибольшем размере поперечного сечения ПЗЧ, равном 2 см, для прототипа di 4 см, а для предлагаемой конструкции d2 2,5 см.

Уменьшение диаметра апертуры КЛ при сохранении размера в ней зоны с гарантированным уровнем нелинейности поля, учи- тывая, что при этом уменьшается в отношении di/da объем блоков, вызывает уменьшение внешних габаритов и массы КЛ.

Если особый интерес при этом составляет и повышение градиента поля в зоне с гарантированным уровнем нелинейности поля, то уменьшение в приведенном численном примере апертуры в 1,6 раз вызовет такое же относительное увеличение градиента поля. При этом, если без увеличения градиента поля объем блоков уменьшится в 2,5 раза, то с увеличенным градиентом поля он уменьшится в 1,5 раза.

Разделение внешнего магнитопровода на отдельные участки в сочетании с разделением каждого полюса КЛ на два МТБ-блока позволило создать четыре независимые магнитные цепи, формирующие независимо друг от друга магнитные поля в каждом квадранте апертуры КЛ. Если теперь снабдить каждую из этих магнитных цепей автономным органом регулирования, например маломощной обмоткой, намотанной на замыкающий магнитопровод, то может быть легко реализован алгоритм автоматической настройки магнитного поля в апертуре КЛ.

На фиг.2 изображены графики гармонических составляющих полей в апертуре КЛ: кривая 9 - основная (вторая) гармоника поля квадруполя, образованная полуполюсом 2-е центрально-симметричными ему полюсами; кривая 10 - основная гармоника квадруполя с полюсами 3; кривые 11 и 12 - соответственно шестые гармоники этих же квадруполей.

Формула изобретения

1. Квадрупольная линза, содержащая полюса из магнитотвердого материала, каждый из которых состоит из двух блоков, соприкасающихся с границей круговой апертуры линзы и симметричных относительно плоскости, проходящей через ось линзы, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик при увеличении относительного размера рабочей части апертуры линзы, центральный угол между плоскостями симметрии двух блоков в каждом из полюсов равен 30°.

517254116

2. Линза по п. 1,отличающаяся нены между собой магнитопроводами, изо- тем, что ближайшие друг другу блоки в каж- лированными по магнитному потоку от маг- дом из двух разноименных полюсов соеди- нитопроводов между остальными блоками.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для разработки каналов транспортировки пучков заряженных частиц. По контуру круговой апертуры квадрупольной линзы установлены четыре полюса, каждый из которых состоит из двух согласно намагничен- ных блоков 2 и 3, выполненных из магнитотвердого материала. Особенностью конструкции линзы является определенное угловое смещение между плоскостями симметрии блоков в каждом полюсе, равное 30&. При этом увеличивается амплитуда основного квадрупольного поля, а амплитуда шестой гармоники обращается в нуль. За счет этого сводятся к минимуму нелинейные искажения поля, увеличивается рабочая часть апертуры линзы и снижается необходимая масса твердых магнитов. Подстройка поля линзы обеспечивается внешними маг- нитопроводами 7 с обмотками 8.1 з.п. ф-лы, 2 ил. 10

9 11 /

10

12

Фиг.2