[发明专利]等时性回旋加速器提高轴向聚焦力的磁极非对称镶条方法

说明书

技术领域

本发明涉及回旋加速器的磁铁设计技术，具体涉及一种等时性回旋加速 器提高轴向聚焦力的磁极非对称镶条方法。

背景技术

回旋加速器是一种利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电 场反复加速的装置，其基本结构包括磁铁系统、离子源、注入系统和引出系 统。其中，磁铁系统包括磁铁和调节线圈，使回旋加速器能够获得等时性磁 场。磁场的垫补是使得回旋加速器中心平面磁场满足设计要求的重要手段，特 别是对于回旋加速器来说，磁场的垫补是无法避免的，因为磁铁材料的不均匀 性，磁铁加工和安装等因素将引起中心平面的磁场偏离设计的磁场分布。

在径向扇型等时性回旋加速器中，离子在轴向(即垂直于离子旋转平面的 方向)总的受力方程为：ddt(mdzdt)=-mωc2(f22-rB‾·∂B‾∂r)z=-mωz2z---(1),]]>式中m为离子质量，ω_c为离子回旋频率，为沿方位角平均磁场强度，f是磁 场沿方位角的调变度，ω_z表示轴向振荡角频率，r、z分 别为粒子径向与轴向的坐标。由于ω_z²＞0时，公式(1)才有振荡解，否则解发 散，束流会损失，因此，必须有而且ω_z²越大，轴向聚焦力越 大。轴向自由振荡频率v_z＝ω_z/ω_c，类似的，由离子在径向总的受力方程可以得到 径向自由振荡频率v_r＝ω_r/ω_c。若轴向聚焦力过小，当v_z减小至v_r/2附近就会出现 Walkinshaw共振。

对于螺旋扇型等时性回旋加速器，其中ξ为 螺旋角。可见由于螺旋角的作用，螺旋扇型等时性回旋加速器的轴向聚焦力增 大了，这就可以很好的避免Walkinshaw共振的出现。但采用螺旋型磁极，不仅 增加了主磁铁本身的设计和建造难度，也使得高频谐振腔、径向靶等束流诊断 设备、剥离引出系统等的工程复杂程度明显增大。

在使用径向扇形磁极的等时性回旋加速器主磁铁的工程建设过程中，用于 磁极和盖板、磁轭等主体部件的大型铸锻件的磁性能，或加工过程中的公差控 制出现严重超差，均有可能出现轴向聚焦力不够而导致非线性共振，尤其是靠 近引出区的大半径区出现Walkinshaw等非线性共振会导致束流包络长大而损 失。对于使用径向扇形磁极的回旋加速器，镶条垫补是主要的等时性磁场垫 补方式之一。镶条一般是由与主磁铁磁极材料相同的材料制成的配铁，通常以 可拆卸的方式设置于主磁铁磁极的两边，镶条垫补方法主要是利用镶条比主磁 铁磁极易于加工的特点，通过改变镶条的外形尺寸来垫补获得等时性磁场。