Квадрупольная линза на постоянных магнитах Советский патент 1979 года по МПК H05H7/04 

I

Изобретение относится к технике фокусировки и транспортировки пучков ускоренных, заряженных частиц и может быть использовано в фокусирующих устройствах, например, жестко-фокусирующих каналах линейных ускорителей, а также в ионопроводах.

Известна квадрупольная линза, содержащая .магнитомягкое ярмо и .магнитотвердые полюса в виде брусков прямоугольного сечения 1 .

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является линза, содержащая однородно намагниченные перпендикулярно диаметральному сечению круглые цилиндрические стержни, установленные в ячейках немагнитного держателя нараллельно оси линзы, на одинаковых расстояниях от этой оси, равномерно по азимуту, а также цилиндрическое магнитомягкое ярмо, насаживаемое на держатель снаружи 2.

Однако эта линза обладает тем недостатком, что разложения компонент Bf.(r,tf) и

Ви(г,р) .магнитного поля B(r,if,2) в средне части апертурного пространства в ряды

,

S(

БгСг.Ч ) - дО., г

«iHH Со5(), ,)

где Г - радиус, отсчитываемый от оси .ппзы.

р-полярный угол, сугоч| ты:;,:1. одной из медианных п.юскостеГ ,

содержат нслинейн1 1е по г 1-;1| ;о П,чос;ч1 члены, например, соответстрлющп. ч - 1 .: 3...: т. е. и естую, десятую. ..и1;: и т. д. гармоники. Другой исдост;ич)к со тоит в необходимости зa.Iык;ll и i магпп i ных нотоков, создаваемых полюсами oi мост е.и. но толстым яр.мом, что увеличивает внешний диаметр и вес линзы.

Цель изобретения -- yMOHv.iiieiine пе.шнейности магнитного поля линзы, у.меиыпоние толщины ярма, внещнего ди.метра и иоса квадрунольной линзы, а также уве.шчение и регулировка величин ; град1 е;1та ма нитного поля.

Постав.ченная цель лостшаск-я гс. r. в ячейках держателя уста(и;, 4 - iiii i:ii 1, 2, 3...) стержней, а вектор намагниченности каждого стержня составляет с полярной осью, наклоненной под 45° к медианной оси, угол в три раза больший полярного угла центра сечения этого стержня, кроме того в держателе может быть установлено два или более рядов стержней, причем в линзе установлено устройство, позволяющее смеН1.ать в азимутальном направлении один ряд или группу рядов стержней относительно другого ряда или группы рядов стержней. На фиг. 1 изображено сечение двенадцатнстержневой квадрупольной линзы, а на фиг. 2 - сечение двухрядной линзы. 1 14адрупольная линза, у которой уничюжены, например, шестая и десятая гармоники фокусирующего магнитного поля, содержит двенадцать стержней 1, держатель 2 и ярмо 3. Полярная ось ОХ проходит посередине между двумя соседними стержнями. Однако ось ОХ может проходить и через центр стержня. Магнитные свойства линз в этих двух случаях идентичны. Материалом стержней служит анизотропный сплав, например SmCos, имеющий малое (10-20%) изменение намагниченности на участке размагничивания предельной петли гистерезиса в пределах изменения напряженности магнитного ноля от нуля до коэрцитивной силы по индукции. Градиент фокусирующего магнитного поля может быть увеличен в случае, если его величина недостаточна, путем установки в держателе 2 дополнительного ряда стержней 4. В такой линзе градиент магнитного фокусирующего поля равен сумме градиентов полей, создаваемых отдельно каждым рядом стержней. Количество дополнительных рядов может быть более одного, а количество стержней в каждом из них должно быть не меньше количества стержней основного ряда. Градиент фокусирующего магнитного поля можно сделать регулируемым путем поворота одного ряда стержней (или одной группы рядов) относительно другого (или другой группы рядов) на определенный угол. Максимальный градиент имеет место при совпадении по направлению магнитных потоков внутреннего и внещнего рядов стержней, а при угле относительного поворота этих рядов, равно О, градиент вычисляется по формуле G ,&гСо8гЭ , где GI и GZ - градиенты полей, создаваемых отдельно каждым рядом. В такой линзе возможна регулировка градиента от Gi+(2 До GI-GZ. Коэффициент 3 рассеяния магнитного потока, создаваемого полюсами известной квад рупольной линзы, определяемый как отношение 3 , где р(полный поток) -поток сквозь нейтральноесечение полюса, Ф (полезный поток) та часть потока Ф„, которая уходит в апертуру линзы, так что полезный не меньше четырех поток составляет менее 25°/о полного. В предлагаемой квадрупольной линзе при количестве стержней больще восьми в отсутствие ярма полезный магнитный поток индукции сквозь медианную плоскость в пределах радиуса апертуры не менее, чем в четыре раза больше рассеянного потока сквозь ту же плоскость, так что, с одной стороны, предлагаемая линза существенно эффективнее использует создаваемый стержнями магнитный поток, а с другой стороны, она имеет малый поток рассеяния, и поэтому ярмо можно не применять. Градиент GC предлагаемой линзы, содержащей не менее одного ряда с одинаковым и равным NP количеством стержней в каждом из нИх, при условии, что смежные стержни одного и того же ряда, а также соседних рядов касаются друг друга, выражается формулой G г Si.n jfp (Га S где а -радиус апертуры, dA-внешний диаметр линзы. В линзе с полюсами в виде брусков градиент ОБ определяется выражением tf.-ia -Сча-к -гб/Вя дезСи W- коэффициенты ослабления магнитодвижущей силы и рассеяния магнитного потока, соответственно;HC(- напряженность магнитного поля, соответствующая точка на кривой размагничивания с максимальным энергетическим произведением;Bj)-рабочее значение индукции в Сак-длина полюсного наконечника вдоль оси симметрии его сечения. Из анализа этих выражений вытекает, что при условии - -21 siajg о. г гя: j,Hd Например, в случае, если Вя 18-10 Г и применен сплав SmCo с параметра.ми 4л I 9-10 YC ,oHd 4,5-10, предлагаемая линза даст большую величину градиента независимо от количества стержней в ряду при условии , поскольку на практике хорошо выполняются неравенства а 1,5 и 4, а при соотношении, например, 4 получим 2,5.