Электромагнит бетатрона Советский патент 1984 года по МПК H05H11/00 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком

Известен электромагнит бетатрона состоящий из шестистоечного обратного магиитопровода, намагничивающей обмотки, обмотки вывода и полюсов, формирующих аксиально-симметричное поле 11.

Недостатками его являются сложная система вывода ускоренных элементов, низкая эффективность вывода (20-30%).и большие затраты энергии на вывод. Это связано, во-первых, с нелинейностью индукции в рабочем зазоре в радиальном направлении и е временной зависимостью и, во-вторых, с большой величиной потоков рассеяния как с намагничивахицей обмотки, так и с наружной поверхности полюсов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электромагнит бетатрона, содержащий шестистоечный магнитопровод, прлюса, состоящие из центрального сердечника и радиальных гребней, выходящих из этого сердечника, намагничивающую обмотку и обмотку вывода, расположеннхпо за равновес-ной орбитой так, что ее начало совпадает с серединой одного из гребней С21. Протяженность обмотки вывода по азимуту - 170-180 . В эт электромагните поток рассеяния с наружной поверхности полюсов существенно уменьшен, а индукция в рабо чем зазоре не имеет временной зат висимости, так как у полюсов отсутствуют насыщсиощиеся части. К недостаткам описанного электромагнита следует отнести низкую эффективность вывода, так как .большую часть выведенного электронного пучка срезают стойки обратного магнитопровода,- которые расположены непосредственно у выходного окна, имеющего малую азимутальную протяженность, например для бетатрона ПМБ-б протяженность окиа составляет около .

Целью изобретения является увеличение эффективности вывода ускоренных электронов.

Цель достигается тем, что в электромагните бетатрона, содержащем многостоечный обратный магни- топровод, в центре которого размещены полюса, вьтолненные в виде центргшьного цилиндрического сердечника с гребнями, обмотку намагничивания, охватывающую полюса, и обмотку вывода, расположенную на поверхности полюсов, гребни полюсов выполнены так, что одна из их боковых сторон направлена по радиусу, а другая - по касательной к окружности центрального сердечника.При этом Гребни в плане имеют вид неравнобочной трапеции, у которой большее основание направлено по радиусу и равно радиусу полюсов, а большее из ребер примыкает к большему основанию другой трапеции. Угол между большим основанием к большим ребром зависит от количества гребней N и

0 определяется соотнсяаением 2Jf/N,

Таким образом, после установки всех гребней получают полюс со сплошным неявно выраженным цилиндрическим сердечником, радиус которого

5 равен большему из двух ребер трапеции, из которого выходят гребни.

Сечение гребней выбирают из условия протекания управляющего потока. Количество гребней однозначно

Q связано с количеством стоек обратного магнитопровода.

На фиг.1 показано поперечное сечение электромагнита; на фиг.2 сечение А-А фиг.1.

5 Устройство содержит обратный магнитопровод 1 многостоечной конструкции и полюса, состоящие из центрального сердечника 2 и выходящих из него гребней 3. Полюса устанавливают так, что они .образуют рабочий зазор 4, в .котором располагают ускорительную камеру 5. Намагничивающая обмотка 6 охватывает полюса, на поверхностях которых уложена обмотка вывода 7. Обмотка

5 вывода, как и намагничивающая обмотка, состоит из двух одинаковых полуобмоток,, соединеншгх между собой последовательно и согласно. Полюса и намагничивающую обмотку

0 располагают внутри обратного магнитопровода, между стойками 8 которого имеется выводноеокно 9. Устройство работает следующим образом.

После того как ускоренные электрошл достигнут заданной энергии, при помощи обмотки вывода 7 формируют возмущающее импульсное магнитное поле. Это вызывает увеличение амплитуда радиальных бетатронных колебаний. По достижений определенной амплитуды этих колебаний они покидают ускорительную камеру 5. Выведенный электронный пучок имеет

5 малый угол расходимости. Это определяется тем, что, во-первых, управляющее поле имеет периодическую гструктуру, а возмущающее импульсное магнитное поле изменяется по определенному закону в пространстве и времени, электроны, имеющие в начале вывода различные фазы колебаний, к моменту выхода из камеры 5 имеют приблизительно одинаковые фазы колебаний.

Во-вторых, изготовление гребней с наклоне к равновесной орбите приводит к увеличению фокусирующих сил, что, в свою очередь, приводит к уменьшению поперечного сечения пучка ускоренных электронов и, следовательно, угла расходимости пучка в момент вывода.

В-третьих, линия радиальной зави симости напряженности магнитного поля между гребнями 3 из-за наклона гребней также имеет наклон по отношению к орбите и, следовательнр, составляет меньший угол с направлением выведенного пучка, чем это имеет место в прототипе, в результате влияние потока рассеяния на траекторию выведенных электронов будет существенно меньшим.-Если при этом учесть, что азимутная протяженность

выводного окна 9 увеличивается примерно в 1,5 раза, то предложенное устройство позволяет существенно увеличить эффективность вывода. Кроме того, направление выведенного

пучка в сторону минимальных значений управляющего поля изменяющегося в радиальном направлении с наклоном к равновесной орбите, приводит к уменьшению энергии, потребляемой на

вывод электронов.

Таким образом, такое изготовление электромагнита бетатрона позволяет, во-первых, повысить эффективность вывода ускоренных электронов примерно до 80% и, во-вторых, уменьшить энергию магнитного поля, необходимую для вывода электронов за пределы ускорителя.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЕТАТРОНА, содержащий многостоечный обратный магнитопровод, в центре которого размещены полюса, выполненные в виде центрашьного цилиндрического сердечника с гребН51Ми, обмотку намагничивания/ охватывакнцую полюса, и обмотку вывода, расположенную на поверхности полюсов, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности вывода ускоренных электронов, гребни полюсов выполнены так, что одна из их боковых сторон направлена по радиусу, а другая - по касательной к окружности центрального сердечника. 00 00