[发明专利]同步回旋加速器强磁场和高频变频的匹配方法

说明书

本发明公开了一种同步回旋加速器强磁场和高频变频的匹配方法，属于粒子回旋加速领域，其解决了平头磁极的磁场分布与高频变频不匹配的问题，方案主要包括主磁体，主磁体的两个磁极相对的磁极面为曲面，两个磁极中心对称设置。本发明基于强磁场垫补对理想频率曲线的微调和旋转电容对高频频率曲线的大范围调制，反复迭代实现两者的最佳匹配，从而保证加速过程中纵向相空间接受度的稳定，实现加速器中束流损失最小化和较低的活化水平。

技术领域

本发明属于同步回旋加速器领域，具体涉及一种同步回旋加速器及其强磁场与高频频率的匹配方法。

背景技术

同步回旋加速器又称调频回旋加速器或稳相加速器，是为克服回旋加速器极限能量的限制而发展起来的加速器。为适应相对论的影响，同步回旋加速器在粒子加速过程中，回旋频率不断减小，要求高频腔体的谐振频率也随时间减小，以保证粒子在合适的相位上不断加速。在束流引出后，腔体频率快速回调到初始加速频率，继续下一束团的加速。以往的同步回旋加速器体积大、调制频率低、流强小，无法满足科研、医学等应需求，限制了同步回旋加速器的推广应用。

结合现代超导技术，强磁场高储能密度的磁铁结构，可有效提高圈平均磁场到3T以上，从而大大减小同步回旋加速器的尺寸。与常温同步回旋加速器不同，强磁场的同步回旋加速器在小尺寸内的磁场变化较大，粒子在加速器中的回旋频率快速变化，对高频频率调制曲线的匹配提出较高的要求，表现在：(1)高频频率的调制曲线复杂，为非线性结构；(2)调制频率较快，腔体频率变化迅速；(3)非线性高调制频率对强磁场的分布反过来也提出更高的要求。以上几点是现有的平头磁极同步回旋加速器难以达到的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有曲面磁极的同步回旋加速器以及基于该同步回旋加速器实现的强磁场和高频变频匹配方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种同步回旋加速器，包括主磁体，主磁体的两个磁极相对的磁极面为曲面，两个磁极中心对称设置。

在该技术方案中，通过曲面设置改变两磁极面不同区域之间的间距，从而改变磁极面间不同半径位置处的磁场分布。

优选地，在两个磁极间隙的中间平面插入Dee板，Dee板后端设置旋转电容；所述旋转电容包括定子和转子，Dee板后端与定子连接，转子与电机输出轴连接；定子、转子和DEE板均密封设置在与主磁体相同的密封腔体内，转子与密封腔体之间的配合间隙采用磁流体密封件密封。

在该优选地技术方案中，通过改变旋转电容的叶片数以及转速可以调节电容大小，进而改变高频频率调制曲线。

优选地，所述磁场强度为3T-6T。

在该优选地技术方案中，通过相对的磁极面的曲面间距的变化，获得磁极面间不同强度的磁场来适应高调制频率。

一种同步回旋加速器强磁场和高频变频的匹配方法，

S1，计算磁场分布B；

S2，根据加速过程相空间接受度不变的要求，得到对应当前磁场分布的理想高频频率曲线f：

S3，通过调整旋转电容的叶片数N和/或旋转速度，得到与曲线f拟合度最好的高频频率曲线F；

S4，将步骤S2中的理想高频频率曲线与F相减获得△f；

S5，将△f和f代入公式Max│△f/f│中，得到比值结果是否小于10^-4；

S6，比值结果小于10^-4，则匹配结束；比值结果大于等于10^-4，则根据比值结果改变磁极面使磁场分布发生改变，重复步骤S1至步骤S4的过程，直至磁场调整量△B满足△B/B＝△f/f，匹配结束。