Сверхпроводящий электромагнит циклического ускорителя Советский патент 1975 года по МПК H05H7/04 

1

Изобретение относится к области электрофизической аппаратуры и может использоваться в сверхпроводящих электромагнитах циклических ускорителей с пространственной вариацией магнитного поля (кольцевой циклотрон, кольцевой фазотрон).

В кольцевом циклотроне со сверхпроводящим электромагнитом на энергию протонов до 1 Гэв и средний ток 100 мка («пионная фабрика) формирование требуемого магнитного поля, обеспечивающего устойчивость движения заряженных частиц в средней геометрической плоскости зазора электромагнита в рабочем интервале радиусов, осуществляется с помощью двух систем катушек, которые формируют среднее магнитное поле и амплитуду основной Л-й гармоники магнитного поля. Катушки, формирующие среднее магнитное поле, выполнены в виде концентрических, в которых проводники уложены по окружности. Катущки, формирующие основную N-K гармонику магнитного поля, известные под названием гармонических, выполнены из проводников, которые уложены по дугам окружностей и линиям спирали Архимеда с угловой протяРасположенностью между ними, равной

Л

сверхпроводящих катушек в циклотроне следующее. В вакуумный и азотный экраны помещены 2 () гелиевых криостата с

катущками. Гармонические катушки, помещенные в 2N криостата секторной формы, располагаются равномерно по азимуту через угол

27С

- и симметрично относительно средней

геометрической плоскости зазора электромагнита вне ее. Концентрические катушки, помещенные в два криостата в виде цилиндрического кольца, располагаются симметрично относительно средней геометрической плоскости зазора электромагнита над криостатами с гармоническими катушками. Ускорение протонов в кольцевом циклотроне осуществляется в вакуумной камере с помощью трубок дрейфа,

установленных между криостатами с гармоническими катушками.

Однако при ускорении протонов до энергии 5 Гэв («каонная фабрика) средний радиус концентрических катушек равен примерно

15-20 м вместо 4,5 м (при энергии до 1 Гэв), что указывает на технологичность изготовления катушек и криостатов цилиндрической формы. Цель изобретения - упрощение конструкции криостатов и катушек, формирующих

.среднее магнитное поле, в сверхпроводящем

циклическом ускорителе с пространственной

вариацией магнитного поля.

Это достигается тем, что в предлагаемом

электромагните циклического ускорителя

сверхпроводящие катушки, формирующие среднее магнитное поле, выполнены в виде прямоугольных рамок, расположенных в тех же криостатах, что и гармонические катушки.

На фиг. 1 дана принципиальная схема расположения сверхпроводящего электромагнита циклического ускорителя с пространственной вариацией магнитного поля; на фиг. 2 - схема расположения катушек в гелиевом криостате секторной формы.

Сверхпроводящий электромагнит циклического ускорителя с пространственной вариацией магнитного поля состоит из гармонических катушек 1, формирующих амплитуду основной гармоники магнитного поля, и катушек 2 в виде прямоугольных рамок, создающих среднее магнитное поле, помещенных в гелиезые криостаты 3 секторой формы. Криостаты окружены азотными 4 и вакуумными 5 экранами. Ускорение частиц в вакуумной камере 6 осуществляется с помощью резонаторов V.

Рабочие участки прямоугольных рамок параллельны средней геометрической плоскости зазора электромагнита и уложены по дугам окружностей, а нерабочие участки перпендикулярны к этой плоскости. Рабочие участи прямоугольной рамки состоят из двух участков с противоположным направлением тока, расположенных на разных расстояниях от средней геометрической плоскости зазора электромагнита. Чтобы результатирующее магнитное поле было максимальным, необходимо ближний рабочий участок приблизить насколько возможно к средней геометрической плоскости зазора электромагнита, а дальний рабочий участок удалить от нее на расстояние, которое определяется технологичностью изготовления криостата.

Формирование требуемого магнитного поля циклического ускорителя с пространственной вариацией магнитного поля с помощью сверхпроводящего электромагнита осуществляется следующим образом.

С помощью гармонических катушек формируют амплитуду основной гармоники магнитного поля в заданных допусках в средней геометрической плоскости зазора электромагнита в рабочем диапазоне радиусов ускорителя. Наряду с основной гармоникой магнитного поля гармонические катушки создают также среднее магнитное поле. Разность между требуемым законом средним магнитным полем и средним магнитным полем, созданным гармоническими катушками, формируется в заданных допусках с помощью катушек 2 в виде прямоугольных рамок. Наряду со средним магнитным полем прямоугольные рамки создают также дополнительную амплитуду основной гармоники магнитного поля, которая может превысить допуск на различных радиусах ускорителя. С целью компенсации этих отклонений амплитуды основной гармоники-магнитного поля вводят изменение на соответствующих радиусах вертикального зазора между

изменяющимися по закону спирали Архимеда проводниками гармонических катушек. Созданное в заданных допусках таким путем магнитное поле обеспечивает устойчивость движения частиц в циклическом ускорителе.

Предмет изобретения

Сверхпроводящий электромагнит циклического ускорителя с пространственной вариацией магнитного поля, содержащий катушки для формирования среднего магнитного поля и гармонические катушки для формирования .амплитуды основной гармоники магнитного

поля, заключенные в криостат, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции криостатов и катушек, формирующих среднее магнитное поле, эти катушки выполнены в виде прямоугольных рамок, расположенных в тех же криостатах, что и гармонические катушки так, что рабочие участки рамок параллельны средней геометрической плоскости зазора электромагнита и уложены по дугам окружностей, а нерабочие участки

перпендикулярны к этой плоскости.