[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生扭擺軌道并增加軸向聚焦力的周期性磁鐵組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811429364.6
• 申請(qǐng)日: 2018-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN109561568B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邊天劍;李明;張?zhí)炀?/a>;王川;安世忠;王飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)原子能科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H05H13/00
• 分類號(hào): H05H13/00;H05H7/04
• 代理公司: 11508 北京維正專利代理有限公司
• 代理人: 羅煥清

本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生扭擺軌道并增加軸向聚焦力的周期性磁鐵組件，該用于增加軸向聚焦力的周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件沿著加速器圓周方向間隔布設(shè)，其特征在于：該用于增加軸向聚焦力的周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件包括一個(gè)布設(shè)在兩個(gè)正向偏轉(zhuǎn)磁鐵中間的反向偏轉(zhuǎn)磁鐵，該反向偏轉(zhuǎn)磁鐵為沿垂直方向與正向偏轉(zhuǎn)磁鐵磁極方向相反的磁鐵；該反向偏轉(zhuǎn)磁鐵為：將加速器當(dāng)前軌道附近的上下兩端粒子聚焦到當(dāng)前軌道上的軸向聚焦的磁鐵。本發(fā)明通過引入反向偏轉(zhuǎn)的軸向聚焦磁鐵，采用徑向變梯度、變螺旋角等手段，產(chǎn)生交變聚焦力，提高了軸向聚焦強(qiáng)度，從而使束流可以穩(wěn)定的加速到1GeV以上，突破了傳統(tǒng)回旋加速器的引出束流能量限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于加速器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于增加軸向聚焦力的周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件。

背景技術(shù)

粒子在沒有磁場(chǎng)情況下的運(yùn)行軌跡為直線，回旋加速器中的粒子在磁場(chǎng)的作用下軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)后由直線運(yùn)動(dòng)改變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)。我們稱理想粒子的軌道為理想軌道，束團(tuán)中非理想粒子在理想軌道附近上下左右振蕩，如果不能對(duì)這些非理想粒子進(jìn)行有效的約束，就會(huì)造成束流損失，即加速器束流流強(qiáng)受限。

現(xiàn)有技術(shù)等時(shí)性回旋加速器設(shè)計(jì)中，磁鐵磁場(chǎng)的軸向分量對(duì)于束流均為軸向散焦的效果，軸向散焦也就是不能將粒子在軸向上聚焦，也就是只能將軌道附近左右兩側(cè)的粒子聚焦到軌道上，而不能將軌道附近上下兩端的粒子聚焦到軌道上，致使軸向聚焦力不足。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種產(chǎn)生扭擺軌道并增加軸向聚焦力的周期性磁鐵組件，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)回旋加速器設(shè)計(jì)中，軸向聚焦力不足的問題。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題，采用以下技術(shù)方案：

一種產(chǎn)生扭擺軌道并增加軸向聚焦力的周期性磁鐵組件，該用于增加軸向聚焦力的周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件沿著加速器圓周方向間隔布設(shè)，其特點(diǎn)是：該用于增加軸向聚焦力的周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件包括一個(gè)布設(shè)在兩個(gè)正向偏轉(zhuǎn)磁鐵中間的反向偏轉(zhuǎn)磁鐵，該反向偏轉(zhuǎn)磁鐵為沿垂直方向與正向偏轉(zhuǎn)磁鐵磁極方向相反的磁鐵；該反向偏轉(zhuǎn)磁鐵為：將加速器當(dāng)前軌道附近的上下兩端粒子聚焦到當(dāng)前軌道上的軸向聚焦的磁鐵。

所述周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件就是以兩個(gè)正向偏轉(zhuǎn)磁鐵、一個(gè)反向偏轉(zhuǎn)磁鐵、兩個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)、兩個(gè)短漂移節(jié)構(gòu)成一個(gè)周期的組件；該兩個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)位于該磁鐵組件的兩側(cè)，該兩個(gè)短漂移節(jié)分別位于該磁鐵組件內(nèi)部的正向、反向偏轉(zhuǎn)磁鐵之間；所述長(zhǎng)漂移節(jié)位于相鄰兩個(gè)正向偏轉(zhuǎn)磁鐵之間的無磁場(chǎng)空間，所述短漂移節(jié)位于各個(gè)磁鐵組件內(nèi)部的磁鐵之間的無磁場(chǎng)空間。

所述用于增加軸向聚焦力的周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件的正向或反向偏轉(zhuǎn)磁鐵邊緣呈螺旋線形，該螺旋線形用來輔助正向偏轉(zhuǎn)的徑向聚焦磁鐵和反向偏轉(zhuǎn)的軸向聚焦磁鐵對(duì)束流的聚焦。

所述反向偏轉(zhuǎn)磁鐵包括反向偏轉(zhuǎn)磁極結(jié)構(gòu)、反向偏轉(zhuǎn)磁氣隙結(jié)構(gòu)、反向偏轉(zhuǎn)勵(lì)磁線圈；所述反向偏轉(zhuǎn)磁鐵的磁極結(jié)構(gòu)為開口朝向加速器圓心的蹄形磁極結(jié)構(gòu)，該蹄形磁極結(jié)構(gòu)磁極上下排列、該上下排列的磁極分別與上下排列的正向偏轉(zhuǎn)磁鐵的磁極相反；所述反向偏轉(zhuǎn)磁鐵沿半徑方向的寬度為1米及1米以上。

所述反向偏轉(zhuǎn)磁氣隙結(jié)構(gòu)包括蹄形磁極沿加速器半徑方向磁極之間的空間距離，該空間距離隨著加速器半徑的加長(zhǎng)而縮短，使得磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著上下兩端磁極距離的縮短而增強(qiáng)，因而構(gòu)成高梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁鐵結(jié)構(gòu)；所述反向偏轉(zhuǎn)勵(lì)磁線圈為異型大尺寸高溫超導(dǎo)勵(lì)磁線圈，所述反向偏轉(zhuǎn)勵(lì)磁線圈分別纏繞在蹄型磁極上下兩個(gè)相對(duì)面的各自邊線周圍并進(jìn)行勵(lì)磁，從而在所述隨半徑而變化的變高度磁氣隙結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生所設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)。

所述2倍正向偏轉(zhuǎn)磁鐵的偏轉(zhuǎn)角度-反向偏轉(zhuǎn)磁鐵角度＝360度÷周期數(shù)；所述周期數(shù)既是沿著加速器圓周方向布設(shè)的周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件的數(shù)量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果