[發(fā)明專利]一種大面積均勻擴束的多極場磁鐵布局方法

在審

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• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112446164A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊新宇;郭剛;彭朝華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國原子能科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 任曉航;胡明軍

本發(fā)明涉及一種大面積均勻擴束的多極場磁鐵布局方法，該方法通過在束流線上依次設(shè)置兩組雙單元四極磁鐵和一個八極磁鐵，兩組雙單元四極磁鐵控制束流包絡(luò)和張角，使得束流進入八極磁鐵時，X方向和Y方向的包絡(luò)和張角盡可能接近，且包絡(luò)大小適中，張角盡可能大，然后通過所述八極磁鐵同時對束流的X方向和Y方向進行均勻化。本發(fā)明可以同時適用于直流束和脈沖束的均勻擴束，并且不會帶來額外的能散和伴隨中子/γ輻射，束流品質(zhì)較好，更加有利于輻照實驗，也可以同時適用于質(zhì)子束流和重離子束流，具有更好的普適性。本發(fā)明可以應(yīng)用于不同的束流能量，只需要調(diào)節(jié)相應(yīng)的磁鐵場強，即可保證光路和均勻化效果不變，對不同能量的束流有較強的包容性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粒子加速器的束斑擴束技術(shù)，具體涉及一種大面積均勻擴束的多極場磁鐵布局方法。

背景技術(shù)

基于粒子加速器的地面模擬實驗是研究單粒子效應(yīng)的重要手段，而大面積均勻束斑的獲取則是其中的一個關(guān)鍵技術(shù)。除此之外，在生物輻照效應(yīng)、材料輻照實驗、質(zhì)子治療等應(yīng)用領(lǐng)域中，也都需要大面積均勻束斑，因此需要對擴束方法進行詳細研究。

當(dāng)前采取的擴束方法主要有兩種，分別是小束斑掃描法、雙靶散射法。對單粒子效應(yīng)而言，束流的時間結(jié)構(gòu)會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，小束斑掃描法會與脈沖束的時間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生耦合，影響均勻化效果，因此其適用性受到了一定的限制；而雙靶散射法帶來的能散和質(zhì)子打靶產(chǎn)生的次級產(chǎn)物也會對實驗造成干擾。隨著加速器技術(shù)的發(fā)展，束流脈沖化越來越嚴重，能量也越來越高，以上兩種方法已經(jīng)很難滿足輻照實驗的需求。

美國布魯克海文國家實驗室的同步加速器上建造的一條束流線上使用了八極磁鐵校正法的擴束方案，使用兩個四極磁鐵+一個八極磁鐵+一個四極磁鐵+一個八極磁鐵的方案進行擴束及均勻化的工作。布魯克海文國家實驗室的八極磁鐵校正法的方案是一個新的嘗試，但很多方面都有待優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對八極磁鐵的非線性擴束方案，提供一種更加實際可行的多極場磁鐵布局方法，以獲得更加均勻的大面積束斑。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種大面積均勻擴束的多極場磁鐵布局方法，在束流線上依次設(shè)置兩組雙單元四極磁鐵和一個八極磁鐵，所述兩組雙單元四極磁鐵控制束流包絡(luò)和張角，使得束流進入八極磁鐵時，X方向和Y方向的包絡(luò)和張角盡可能接近，且包絡(luò)大小適中，張角盡可能大，然后通過所述八極磁鐵同時對束流的X方向和Y方向進行均勻化。

進一步，如上所述的大面積均勻擴束的多極場磁鐵布局方法，其中，通過調(diào)節(jié)兩組雙單元四極磁鐵的參數(shù)，由束流光學(xué)軟件擬合計算出束流在X方向和Y方向的包絡(luò)和張角盡可能接近的位置，作為八極磁鐵的設(shè)置位置。

更進一步，所調(diào)節(jié)的兩組雙單元四極磁鐵的參數(shù)包括有效長度、極面場、孔徑。

進一步，如上所述的大面積均勻擴束的多極場磁鐵布局方法，其中，兩組雙單元四極磁鐵的相距距離一般為200-400mm。

更進一步，一組中兩個單四極磁鐵之間的間距小于300mm，所述兩個單四極磁鐵的有效長度和孔徑相同，極面場強可根據(jù)需要進行調(diào)整。

本發(fā)明的有益效果如下：相比于小束斑掃描法，本發(fā)明提供的多極場磁鐵布局方法不會改變束流的時間結(jié)構(gòu)，因而可以同時適用于直流束和脈沖束，應(yīng)用范圍更加廣泛；相比于雙靶散射法，本方法不會帶來額外的能散和伴隨中子/γ輻射，束流品質(zhì)較好，更加有利于輻照實驗，也可以同時適用于質(zhì)子束流和重離子束流，更加具有普適性。在能量方面，本發(fā)明可以應(yīng)用于不同的束流能量，只需要調(diào)節(jié)相應(yīng)的磁鐵場強，即可保證光路和均勻化效果不變，因而對不同能量的束流有較強的包容性。相比于布魯克海文實驗室的八極磁鐵校正法方案，本發(fā)明只需要使用一個八極磁鐵，在達到同樣的效果的情況下，降低了對磁鐵設(shè)計和加工的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明大面積均勻擴束的多極場磁鐵布局方法原理示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中的非線性擴束方法的物理布局示意圖；