[实用新型]中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁

说明书

技术领域

本实用新型涉及回旋加速器的磁铁结构，具体涉及一种中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁。

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。

回旋加速器磁铁的重要指标是提供束流运动的等时性磁场和提供强的聚焦力。为了获得等时性磁场，目前，在中能回旋加速器的磁铁设计中，普遍采用的方案是磁极角宽度随着半径的增大而增加，这在某种意义上说是牺牲了加速器的聚焦力。目前认为，中能回旋加速器要想获得强聚焦，加速器的磁极必须采用螺旋扇形磁铁结构，而且在国际上在建的或已建的中能回旋加速器都采用螺旋扇形聚焦磁铁结构。这种螺旋扇形磁铁结构的应用必然导致加速器的高频腔、束流诊断等元件也必须是螺旋形结构，这样就增加了磁铁、高频腔等元件的加工和安装难度，同时给加速器的运行和维护增加了难度。因此，有必要研究一种新型的回旋加速器磁铁结构，既能保证提供束流运动的等时性磁场，又能提供足够高的聚焦力，同时使得回旋加速器的建造相对简单。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有回旋加速器中螺旋扇形磁铁的缺陷，提供一种用于中等能量回旋加速器的强聚焦直边扇形磁铁，在提高聚焦力的同时，使回旋加速器的建造和安装更为简单。

一种中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，由上下对称的两部分组成，每一部分均包括一个圆形盖板，盖板中部均匀设置有若干个磁极，磁极呈直边扇形结构，相邻的两个磁极之间形成扇形谷区，在盖板的周边正对每个磁极的外侧设有磁轭。

进一步，如上所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其中，所述的磁极共四个，对称分布在盖板的中部。

更进一步，如上所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其中，所述的磁极的扇角为47°，谷区的扇角为43°；磁极的半径为2000mm，谷区的深度为785mm。

进一步，如上所述的中等能量回旋加速器强聚焦直边扇形磁铁，其中，所述的磁极的表面为曲面，上下磁极间隙为类椭圆结构，上下磁极间隙随磁极半径的增大而减小。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型采用直边扇形磁极、深谷区的磁铁结构来实现强聚焦力。采用这种结构时，加速器的高频腔可以设计为三角形形状，这将使得高频腔的加工、焊接以及安装变得相对容易；束流诊断元件可以设计为直线型结构，这样容易实现诊断元件的加工、安装以及控制。因此，本实用新型可以降低主磁铁及其它相关元件的加工和安装的难度，缩短加速器建造的周期。为了在能获得强聚焦的基础上，磁场分布能达到等时性，回旋加速器磁铁的结构采用了变气隙结构，也就是说加速器上下磁极间的气隙随半径增大而减小，这种结构可以减小加速器磁铁的重量，也可增加谷区的体积。

附图说明

图1为本实用新型直边扇形磁铁的下半部分结构示意图；

图2为磁极的表面为曲面的磁铁纵剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

中能回旋加速器为紧凑型回旋加速器，其磁铁结构由对称的上下两部分组成，包括上下各四个磁极、四个磁轭和上下盖板。在此以磁铁的下半部分为例，对其结构进行描述。如图1所示，磁铁的底部为一个圆形盖板1，盖板1的中间部份均匀的设置有四个磁极2，四个磁极2呈对称形式分布在盖板1上，磁极的个数并不只局限于四个，可以根据实际情况在盖板上均匀设置多个磁极。磁极为直边扇形结构，即磁极两侧的边缘为平面，扇形的尖角处于盖板1的中心位置，四个扇形磁极尖角相对。在相邻的两个磁极之间形成扇形谷区4，在盖板1的周边正对每个磁极2的外侧设有磁轭3。等时性回旋加速器中的峰-谷区交替出现的磁极结构主要是为了提供随着角度方向变化的磁场，沿角度方向变化的磁场将提供轴向聚焦力。磁轭3与磁极2、盖板1以及磁极间隙共同构成磁回路，谷区4还可以提供加速器其他元器件安装的空间。

磁铁中各部件的尺寸需要根据等时性磁场强度和聚焦力的要求来确定，本实施例中，磁极的半径均为2000mm，磁极的扇角为47°；四个谷区的深度均为785mm，谷区的扇角为43°。磁轭尺寸的设计要求是应当保证磁场在磁轭内不发生磁饱和。