Магнитопровод бетатрона Советский патент 1982 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц, а именно к индукционным ускорителям электронов.

Известен магнитопровод 1.

Недостатками данной конструкции магнитопровода является соблюдение условия равенства магнитных сопротивлений только в какой-то момент ускорения, существенная сложность технологии изготовления магнитопровода, препятствующая массовому производству бетатронов в заводских условиях.

Известен также М1анитопровад 2, содержащий обратный магнитопровод и радиально-гребневые полюса.

Недостатком такой конструкции является неравномерная загрузка стали, в результате которой часть стали магнитопровода работает на криволинейном участке кривой намагни)чивания материала, а другая часть - на прямолинейном. Это в конечном итоге, приведет к уменьщению к концу цикла ускорения величины радиуса равновесной орбиты и, как следствие - к уменьшению конечной энергии ускоренных электронов.

Цель изобретения - увеличение конечной энергии ускоренных электронов без увеличения массогабаритмых характеристик магнитопровода.

Цель достигается тем, что центральная часть гребневых полюсов и примыкающая к ней часть обратного магнитопровода выполнены с максимальным коэффициентом 5 заполнения сечения ст1алью, а гребни и примыкающие к ним части обратного магнитопровда набраны с меньшим коэффициентом заполнения, который выбран из условия равненства магнитных сопротивле10ний в упомянутых частях магнитопровода.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый магнитопровод, разрез и по.. казаны пути прохождения ускоряющего (Фус« и управляющего (Фупр) потоков; .на

15 фиг. 2 - то же, сечение по медианиой плоскости.

Магнитопровод бетатрона состоит из обратного магнитопровода 1, радиальногребневых полюсов 2 и блока 3 центральг ных вкладышей. Радиально-гребневые по-,

20 люса служ:ат для формирования ускоряющего и управляющего магнитных полей и состоят из гребней 4, выходящих из центрального сердечника 5. Обьрчно количест25во гребней определяется конструкцией обратного магнитопровода. Ц нащем случае для примера взят шестистоечный магнитопровод, поэтому количество гребней в полюсе равно шести. Блок 3 центральных

30 вкладышей состоит из ферромагнитных центральных вкладышей 6 и немагнитных прокладок 7. Центральная часть 8 матнитопровода сопряжена с центральным сердечником 5 полюсов 2, по дуге АВ, длина которой равна радиусу центрального сердечника. Боковые части 9 и 10 магнитопровода расположены по обе стороны от центральной части 8. Центральная часть магнитопровода набрана только из ферромагнитных пластин, а боковые из ферромагнитных 11 и немагнитных 12. Все пластины имеют одинаковую конфигурацию, но различную длину. При работе бетатрона должна обеспечиваться неизменность величины радиуса равновесной орбиты Го. В связи с этим необходимо, что|бы в любой момент ускорения выполнялось соотношен ие 2, где Я Фуек/2лго средняя напряженность магнитного поля в круге с радиусом равновесной орбнты Го; усредненная по азимуту напряженность магнитного поля на равновесной орбите. Если в процессе ускорения происходит насыщение стали, по которой циркулирует Фуск, как это, например, имеет место в прототипе, то это соотношение будет выполняться на меньшем радиусе. В итоге радиус будет уменьшаться и ускорение станет невозможным. Предотвратить уменьшение радиуса равновесной орбиты без усложнения конструкции магнитопровода и технологии его сборки можно, если обеспечить одинаковый закон изменения для ускоряющего и управляющего магнитных потоков за счет выравнивания магнитных сопротивлений участков магнитопровода, по которым протекают эти потоки, т. е. чтобы магнитное сопротивление потоку, протекающему по центральной части магнитопровода, примыкающей к полюсу 2 по дугам LM или АВ, .бьшо равно в любой момент ускорения магнитному сопротивлению потока, протекающего по боковым частям магнитопровода. Выравнивание м агнитных сопротивлений по изобретению осуществляется за счет уменьшения коэффициента заполнения магнитопровода сталью в частях, примыкающих к полюсу по дугам /CL и МН или (что одно и то же) лежащих по обе стороны от центральной части магнитопровода, сопряженной с центральным сердечником 5 полюсов 2. Ввиду того, что в центральной части магнитопровода, где протекает, в основном, ускоряющий поток Фуск, индукция превышает среднюю индукцию в полюсе на величину, равную отношению суммы площадей треугольника ОАВ и части кольца АВМ к площади сечения ярма, равной hJ-LM, а в частях магнитопровода, где протекает, в основном, управляющий поток Фупр, индукция будет меньше средней во столько раз, во сколько отношение площадей треугольников ВМН и АК будет меньше площадей и , то необходимо коэффициент заполнения выбрать таким, чтобы магнитные сопротивления для Фуск и Фупр были одинаковыми. Уменьщение коэффициента заполнения Кз достигается счет замены ферромагнитных пластин, из которых набирается магнит, на немагнитные, изготовленные, например, из стеклотекстолита. Выравнивать магнитные сопротивления упомнянутых участков было бы достаточно только в ярмах- или стойках. Однако, для упрощения технологии сборки магнитопровода конфигурация немагнитных пластин и ее размеры взяты точно такими же как и у заменяемых ими ферромагнитных. Поэтому, применение немагнитных пластин приводит к тому, (ЧТО меняется и коэффициент заполнения гребней полюсов. В этой связи, чтобы в рабочем зазоре в процессе ускорения топография поля не претерпевала существенных изменений изза насыщения стали полюсов немагнитные Пластины располагаются по сечению гребня равномерно, а сечение части каждой ферромагнитной пластины, формирующей гребневую часть полюсов, берется несколько больше из условия работы стали на ненасыщенном участке. Таким образом, в предлагаемом магнитопроводе без усложнения технологии изготовления обеспечивается увеличение конечной энергии ускоренных электронов за счет переменного коэффициента заполнения магнитопровода сталью, а удаление части ферромагнитного материала позволило уменьшить вес магнитопровода примерно на 35%. Формула изобретения Магнитопровод бетатрона, содержащий обратный м-агнитопровод и радиально-гребневые полюса, отличающийся тем, что, с целью увеличения конечной энергии ускоренных электронов без увеличения массогабаритных характеристик, ценральная часть гребневых полюсов и приыкающая к ней часть обратного магниторовода выполнены с максим;альным коффициентом заполнения сечения сталью, а ребни и примыкающие к ним части обратного магнитопровода набраны с мень5шим коэффициентом заполнения, который выбран нз условия равенства магнитных сопротивлений в уномянутых частях магнитопровода. Источники информации, во5 внимание при экспертизе: 6 1, Ананьев Л. М. и др. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон. Госатомиздат, 1961, с. 86-88. 2. Авторское свидетельство СССР, № 368008, кл. Н 05 Н 7/00, 1972.