Бетатрон Советский патент 1984 года по МПК H05H11/00 

«%е/ Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц, а именно к индукционным ускорителям эяектроновбетатронам.. Известшл бетатроны, содержащие : поЛюсные наконечники и обратные магнитопроводы, набранные из пластин электротехнической стали и обеспечивающие прохождение ускоряющего и управляющего магнитных потоков, намагничивающую обмотку и фазосдвигающий элемент, обеспечивающий смещение по фазе ускоряющего потока относительно управляющего для повьвиения конечной энергии электронов за счет увели чения напряженности магнитного поля. Недостатком известных бетатронов является то, что сдвиг по фазе осуществляется при помощи дополнительной обмотки, размещаемой на централь ных вкладышах и нагруженной на активное сопротивление. Размещение экранирующей обмотки в рабочем зазоре приводит к нарушению пространственно го распределения магнитного поля, а в ускорителях с малой рабочей апер турой занимает значительную часть рабочего зазора, что приводит к снижению величины ускоряемого заряда т или, при сохранении его, к увеличению габаритов и веса электромагнита. Целью изобретения является повыше ние конечной энергии ускоренных эле тронов без увеличения габаритов и веса электромагнита. Это достигается тем, что в предлагаемом бетатроне фазосдвигающий |элемент выполнен из пластин электро технической стали и является частью обратного магнитопровода, причем пластины расположены по отношению к ускоряющему потоку под некоторым уг лом. На фиг.1 схематически изображен электромагнит предпагаемого бетатро на, разрез (показано распределение магнитных потоков в рабочем простра стве); на фиг.2 - сечение магнитопровода бетатрона по ярму и схема пе рераспределения магнитного потока в ярме,- на фиг.З - электромагнит бетатррна, сечение (показано распределение потоков); На фиг.4 - сечение по полюсному наконечнику магнитопровода бетатрона конструкции, показанной на фиг.З, а также перетекание магнитного потока,- на фиг.5 - электромагнит бетатрона с азимутальной вариацией управляющего магнитного поля и распределения магнитных потоков; на фиг,б - сечение по полюсно му наконечнику бетатрона конструкции представленной, на фиг.5 и схема перетекания потока; на фиг.7 - карти на временного распределения Vg при наличии перераспределения потоков (кривая 1) и при отсутствии его (кривая 2). Все электромагниты бетатронов, представленные на фиг.1,3 и 5, имеют намагничивающую катушку 1 и ое5ратиый магнитопровод, состоящий из стоек 2, ярем 3, полюса 4, профилироЪан№лх ПОЛЮСНЫХ наконечников 5 и центрального блока, включающего в себя центральные вкладькии 6 и немагнитные прокладки 7. При работе бетатрона дпя обеспечения неизменности положения радиуса равновесной орбиты в любой момент времени, должно выполняться соотношение . ЧН - д - средняя напряженность магнитного поля в круге радиуса равновесной орбиты.. Поток, обозначенный на фиг.1, 3 и 5 как обычно называют ускоряющим потоком.. Он складывается из потокак протекающего в круге радиуса центральных вкладьшей ,; и в кольце, ограниченном радиусами 0 и г Управляющий поток, который обозначен на фиг.1, 3 и 5 проходит в кольце, ограниченном наружным радиусом полюсов Гп « радиусом центральных вкладьЕией f- . HO - напряженность магнитного поля на радиусе равновесной ор9 биты. Возникнонение отставания по фазе ускоряющего потока уск. от управляющего Ф за счет выполнения магнитопровода, в которс на определенном участке пластины электротехнической стали установлены под уг|лом к направлению ускоряющего потока, рассмотрим более подробно на примере электромагнита, изображенного на фиг,1 и 2. Как видно из фиг.2 ( рассматриваем, например, для шестистоечного электтромагнита одну шестую часть магнитопровода ) ускоряющий поток в теле полюса проходит в треугольнике ОСр, а управляющий - в части кольца АВНК. Если ярмо магнитопровода выполнено одинаковой высоты, например равной Ъд Tf,/2 , а также с равномерным по дуге КН коэффициентом заполнения К, то в центральной части ярма, примыкающей к полюсу по дуге ЛМ, индукция превышает среднюю индукцию в полюсе на величину, равную отнсяценшв суммарной площади треугольника ОАВ и части кольца АВЛМ к площади сечения яр- ма, равного Ъ 9 Рдм г а в крайних частях ярма, примыкающих к полюсу по дугам КЛ и МН, будет меньше Вд среднего во столько раз, во сколько отношение площадей треугольников ВМН и АКЛ Соответственно меньше площадей и Таким образом, в ярме этого магнитопровода оказываются участки с 1различн : загрузк м магнитньм потоком. Поэтому часть магнитного потока из центральной части ярма переходит в боковые. При этак перераспределякмций поток направлен под углом к пластинам стали, из которых Набран магнитопровод. Как видно из фиг.2, большая част усксф я о&|его потока проходит через центральную часть ярма, следовательно и большая его часть претерпе вает экранирующее воздействие плас-т тин стали маг.нитс провода, в то время, как часть управляющего поток из областей КАЛ и МВН проходит толь ко вдоль пластин магнитопровода, и естественно, не испытывает экранирукицего действия пластин. Таким образом, суммарный ускоряя дай поток у(.ц оказывается сдвинутым по отнсшению к суммарному по кольцу управляю цему потоку в сторон отставания на определенный угол. На личие этого сдвига позволяет повыси индукцию в стали центргшьных вклады шей, т.е. позволяет работать в обла ти перегиба основной кривой Нс1магни чивания применяемого типа электроте нической стали. При этом в стгши магнитопровода возникают допрпнительиые потери,одидко они не .превышают потерь, возникающих в дс олнительной экранирующей обмотке известного бетатрона. На фиг.7 представлена зависимость изменения радиуса равновесной орбиты .(кривая 1) при нашичии перетекания ускоряющего потока. Здесь же для сравнения (кривая 2 (показано временное положение радиуса равновесной орбиты в этом же зазоре, но при от-. сутствии перетекания магнитного потока. Аналогичное отставание ускоряющего потока возникает и в магнитопроводе электромагнитов, представленных на фиг.З, 4 и 5,6.-Однако в этих конструкциях участками магнитопровода, в котором ускоряннций поток проходит под углом к плоскости пластин стали, является не ярмо, а полюсные наконечники. Таким образом, в предпагаемом бетатроне без дополнительных элементов, например экранирующих обмоток, конструкция магнитопровода обеспечивает появление фазового сдвига между ускоряющим и управляющим потоками, который, в свою о ередь, как и в известнотл бетатроне с экранирующей обмоткой, позволяет увеличить конечную энергию ускоренных электронов.

Фиг.З