[发明专利]一种小孔径高梯度磁场四极透镜的制造方法

说明书

本发明公开了一种小孔径高梯度磁场四极透镜的制造方法，铁芯主体设计成两个磁轭和四件磁极；对制造磁轭的电工纯铁坯料和制造磁极的铁钴钒合金胚料进行提高材料磁性能的锻制和热处理；加工磁轭毛坯和磁极毛坯，用磁轭半成品和磁极半成品组成两个1/2铁芯后；再装成预装配四极透镜铁芯，加工，拆解，发黑处理加工后磁极半成品，得磁极；用无氧铜空心导线绕制4套初线圈后环氧真空浇注，得线圈；磁轭上两个装有线圈的磁极，组成四极透镜铁芯；将四极透镜铁芯和所需的其它设施安装在磁铁支座上，制得小孔径高梯度磁场四极透镜。该制造方法使用两种不同磁性能材料制作磁轭和磁极，提高四极透镜工作时的磁感应强度，防止磁铁处于磁场饱和状态。

技术领域

本发明属于加速器用电磁透镜技术领域，涉及一种粒子加速器用电磁透镜—小孔径高梯度磁场四极透镜的制造新工艺，尤其涉及一种小孔径高梯度磁场四极透镜的制造方法。

背景技术

四极透镜是粒子加速器磁铁系统中广泛采用的一种磁铁结构。利用四极透镜完成离子束聚焦或散焦功能，它的作用是使粒子运动以轨道心为轴线聚焦，聚焦力的大小与磁场梯度成正比，磁场梯度越高产生的磁场值越高，磁场对粒子的约束力越强。

对于加速器磁铁的制造方法来讲，现有技术中利用普通的电工材料对于常规四极透镜的制造很有成效，但针对小孔径高梯度磁场的四极透镜，尤其是要求四极透镜工作在高场状态，常规磁性材料的磁感应强度较低，磁场容易处于饱和状态，严重影响磁场的性能指标，不能满足工作要求，需要通过特殊方法提高四极透镜的磁场梯度。因此，探索一种新型的制造方法，对于保证小孔径高梯度磁场四极透镜的磁场值和磁场稳定性相当重要，对提高小孔径高梯度磁场四极透镜的制造水平也显得非常有意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够防止磁铁处于磁场饱和状态的小孔径高梯度磁场四极透镜的制造方法，解决了现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种小孔径高梯度磁场四极透镜的制造方法，具体按以下步骤进行：

1）将小孔径高梯度磁场四极透镜中的铁芯主体分解设计成上磁轭、下磁轭以及与上磁轭相对应的两件磁极和与下磁轭相对应的两件磁极；上磁轭与下磁轭的结构和尺寸完全相同，该四件磁极的结构和尺寸完全相同；

按设计图纸中要求的尺寸和材质，取用于制造磁轭的电工纯铁坯料，取用于制造磁极的铁钴钒合金胚料；

对所取坯料进行能够提高材料磁性能的锻制和热处理工艺，得磁轭毛坯和磁极毛坯；

2）在数控机床上分别加工两件磁轭毛坯，保证厚度方向、外轮廓、两磁轭间的装配面及磁轭与磁极装配面的加工精度符合图纸设计要求，其余内轮廓尺寸均预留后期精密加工裕量，得上磁轭半成品和下磁轭半成品；

在数控机床上分别加工四件磁极毛坯，保证厚度方向及磁极与磁轭装配面的加工精度符合设计要求，得四件磁极半成品；

3）在上磁轭半成品上装配两件磁极半成品，用磁轭与磁极连接螺钉连接上磁轭半成品和磁极半成品，并打圆锥形磁轭与磁极定位销，组成透镜的1/2铁芯；

在下磁轭半成品上装配两件磁极半成品，用另外的磁轭与磁极连接螺钉连接下磁轭半成品和该两件磁极半成品，并打另外的圆锥形磁轭与磁极定位销，组成透镜的另一个1/2铁芯；

4）用上下磁轭连接螺栓将该两个1/2铁芯连接成一个整体，并用圆柱形的磁轭定位销固定，组成预装配四极透镜铁芯；

5）在线切割机床上精密加工组成预装配四极透镜铁芯的部件内轮廓面上预留的精密加工裕量，保证加工精度符合设计要求，保证加工后磁极半成品上圆弧面的圆弧度≤0.02mm；之后，检测加工后预装配四极透镜铁芯的孔径尺寸和四个加工后磁极半成品之间间隙的尺寸精度；