[发明专利]偏转和分裂束的切隔电磁铁、电磁铁、及偏转束的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及一种用来偏转和分裂束的切隔(septum)电磁铁、用来偏转和分裂束的电磁铁、及用来偏转束的方法，特别适用于引入或从带电粒子加速器取出。

先有技术的描述

在引入或从带电粒子加速器取出时，按常规，采用切隔电磁铁。图1是横向剖视图，表示一种常规切隔电磁铁，而图2是纵向剖视图，表示常规切隔电磁铁。如图1和2中所示，通过使给定电流流经一个包括一个内导体1和一个切隔导体3的仓库形线圈，一个垂直于该纸的磁场B产生在一个磁轭5内。由于磁场B由切隔导体1屏蔽，所以它不能漏到磁轭5外。

当这样一种切隔电磁铁布置在带电粒子加速器中的给定轨道(引导轨道)上时，要离开的束在穿过加速器时由磁场B偏转一个给定角度θ，并因而改变束的轨道。另一方面，由于磁场B由切隔导体3屏蔽，所以穿过超越切隔电磁铁的轨道的束不能由电磁场B偏转。因此，一个给定束通过穿过切隔电磁铁能从带电粒子加速器取出。

然而，在图1和2中所示的切隔电磁铁中，由于一个巨大的电磁力从电磁场B作用在切隔导体2上，所以切隔导体必须牢固地支撑。另一方面，由于在切隔电磁铁中仅有小空间，所以难以为在切隔电磁铁中的切隔导体提供一个支撑件。

如果增大磁场B的强度，则磁轭5可能在导磁率方面饱和，并因而，磁场B可能部分漏过磁轭5，影响束在磁轭5周围轨道上的运动  为了减小漏磁场，一块给定的磁屏蔽板可以相邻切隔导体3提供，但切隔磁铁的性能可能变坏，因为大大地增大切隔导体3的厚度。

本发明概述

鉴于这种观点，本发明的一个目的在于，提供一种用来偏转和分裂束的新切隔电磁铁、一种用来偏转和分裂束的新电磁铁、及一种使用切隔电磁铁或电磁铁来偏转束的方法。

为了实现以上目的，本发明涉及一种用来偏转和分裂束的切隔电磁铁，该切隔电磁铁包括一个切隔导体，划分所述切隔电磁铁，并因而定义一个第一束偏转磁极空间和一个第二束偏转磁极空间，其中通过使电流在包括所述切隔导体的线圈中流动，一个第一磁场和一个第二磁场分别产生在所述第一束偏转磁极空间和所述第二束偏转磁极空间中，所述第一磁场的方向与所述第二磁场的方向相反，并且穿过所述第一束偏转磁极空间的束，在对于穿过所述第二束偏转磁极的束的相反方向上偏转一个给定角度。

本发明的切隔电磁铁可以布置在粒子加速器的一个束轨道上。然后，在加速器中的引导轨道上的束穿过切隔电磁铁的第一偏转磁极空间。而且，在加速器中圆轨道上的束穿过切隔电磁铁的第二偏转磁极空间。

一个磁场(第一磁场)产生在第一偏转磁极空间处，而另一个磁场(第二磁场)产生在第二偏转磁极空间处。由于第一磁场的方向与第二磁场的方向相反，所以方向不同的电磁力分别作用在引导轨道和圆轨道上，并因而，束在相反方向偏转一个给定角度。因此，改变束引导轨道和束圆轨道，并因而能分裂束。结果，一个由带电粒子加速器加速的给定束能容易地从加速器取出。

而且，如果第一束偏转磁极空间和第二束偏转磁极空间的磁场方向相反，如与取出束的以上情形相比，一个给定束能引入到带电粒子加速器中。

本发明的切隔磁铁由切隔导体划分以定义第一束偏转磁极空间和第二束偏转磁极空间，并因而第一磁场和第二磁场作用在切隔导体上。由于第一磁场和第二磁场的方向相反，所以在切隔导体处能抵消源于磁场的电磁力。因此，切隔导体能容易地支撑在切隔电磁铁中。

例如，即使第一磁场漏出切隔电磁铁的第一偏转磁极空间，第一磁场的泄漏分量也由超越切隔电磁铁的第二偏转磁极空间的第二磁场的泄漏分量抵消。因此，由于能禁止超越切隔电磁铁的磁场总泄漏，所以不需要磁屏蔽板。

本发明也涉及一种电磁铁，用来偏转和分裂束，该电磁铁包括：一个切隔电磁铁，以便由其一个切隔电磁铁划分成一个第一束偏转磁极空间和一个第二束偏转磁极空间；及一个辅助电磁铁，其中通过使电流在包括所述切隔导体的线圈中流动，一个第一磁场和一个第二磁场分别产生在所述第一束偏转磁极空间和所述第二束偏转磁极空间中，所述第一磁场的方向与所述第二磁场的方向相反，并且穿过所述第一束偏转磁极空间的一个第一束，在对于穿过所述第二束偏转磁极空间的一个第二束的相反方向上偏转一个给定角度，及源于所述第二束偏转磁极空间的所述第二束的偏转由源于所述辅助电磁铁的偏转抵消。

在根据本发明用来偏转和分裂束的电磁铁中，除上述切隔电磁铁之外提供一个辅助电极。然后，通过切隔电磁铁的第二偏转磁极空间的束的偏转通过穿过辅助电极抵消。因此，在圆轨道上的束最后不偏转，并因而连续地在相同圆轨道上运动。