[發明專利]一種用于提高軸向聚焦力的多磁回路扇形磁鐵

在審

• 申請號: 202210549120.1
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN114828380A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 邊天劍;安世忠;冀魯豫;付偉;周洪吉;魏素敏;管鋒平;關鐳鐳;王飛;王哲
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: H05H13/00
• 分類號: H05H13/00;H05H7/00;H05H7/10
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 卓凡

本發明公開了一種用于提高軸向聚焦力的多磁回路扇形磁鐵，該多磁回路扇形磁鐵沿著加速器中心平面上下兩層均勻布設在加速器環形真空室內，該多磁回路扇形磁鐵，包括磁極大半徑處的回軛、一端連接回軛、另一端向加速器中心延伸的磁極蓋板、以及磁極蓋板下表面或上表面的多個凸起的扇形磁極；該多個凸起的扇形磁極包括一個主磁極和一個以上的非主磁極，該一個主磁極上纏繞勵磁線圈，該一個以上非磁極上不纏繞勵磁線圈，主磁極的體積大于非主磁極的體積；所述主磁極分別和回軛、非主磁極構成磁場回路。本發明通過增加或消減磁軛的方法，實現對主磁極和非主磁極磁場的調整，不僅有效節省了勵磁線圈、也提高了磁場墊補效果。

技術領域

本發明屬于高功率回旋加速器技術領域，尤其設計一種用于提高軸向聚焦力的多磁回路扇形磁鐵。

背景技術

高能量(GeV量級)、高平均流強(mA量級)質子束流在核物理、大眾健康、先進能源、國防安全等領域均有重要應用。在前沿基礎研究領域，高功率加速器是物理學強度前沿的中微子物理、質子衰變觀測和繆子物理等研究的主要工具之一。在大眾健康、先進能源等國民經濟重大領域中，高功率質子打靶產生的快中子是進行核廢料處理處置、稀有同位素生產的理想選擇。在國防工業和國土安全領域，高能質子在遠程檢測帶屏蔽特殊核材料、防止核擴散和核威脅、高Z材料動態過程照相等諸多方面有極其重要而廣泛的應用。

現階段制約高能量(GeV量級)、高平均流強(mA量級)圓形加速器的瓶頸問題有：

高能、高功率加速器的強空間電荷效應，導致束暈增長，束流品質差，目前平均流強難以突破3mA。粒子運動中一邊受到磁場力，一邊受到粒子之間的排斥力，所述強空間電荷效應就是指粒子之間的排斥力，排斥力是兩個電荷之間的非線性力，排斥力導致束團邊緣的粒子為松散的粒子、束團尺寸增大。所述束團邊緣的松散粒子稱為束暈，空間電荷越強則束暈越明顯，束暈越嚴重則束團品質越差，即束團尺寸大且束團邊緣的粒子密度小。束團尺寸變大會導致粒子在加速過程中丟失粒子和在引出過程中丟失粒子：1)在加速過程中，因為束團品質差，會使得邊緣的粒子打到真空壁上而損失掉；2)在引出過程中，因為束團品質差，就會使得束暈中的粒子打在偏轉板上造成偏轉板打火和損壞。因此，高能、高功率加速器中束暈造成的束流損失問題，是造成平均流強受限的瓶頸問題。

解決強空間電荷效應問題的手段之一是提高束流在加速和引出過程中的軸向聚焦力?？臻g電荷效應是束團粒子之間的的排斥力，增強軸向聚焦力可以克服空間電荷效應造成的排斥力，有利于提高加速器束流流強。

現有技術為提高軸向聚焦力，采用沿著加速器圓周方向均勻布設兩個正向偏轉磁鐵加上一個反向偏轉磁鐵的方法。正、反向偏轉磁鐵均為單一磁回路，具有相互獨立的蓋板與回軛。正、反向偏轉磁鐵的磁場的絕對值大小隨著半徑的增長，磁場的強度逐漸增加，并且磁場強度的梯度逐漸增強，從而能量更大的束流可以得到到更大的磁場梯度，實現在不同能量下均有穩定的軸向聚焦。通過該反向偏轉磁鐵，保證了該回旋加速器軸向聚焦的增強。

該方法雖然可行，但所需磁鐵數量多，磁鐵體積大，造價高。

發明內容

本發明為解決現有技術的問題，提出一種用于提高軸向聚焦力的多磁回路扇形磁鐵，目的在于解決現有技術磁鐵數量多，磁鐵體積大，造價高的問題。

本發明為解決其技術問題提出以下技術方案。

一種用于提高軸向聚焦力的多磁回路扇形磁鐵，其特點是，該用于提高軸向聚焦力的多磁回路扇形磁鐵沿著加速器中心平面上下兩層均勻布設在加速器環形真空室內，該多磁回路扇形磁鐵，包括磁極大半徑處的回軛、一端連接回軛、另一端向加速器中心延伸的磁極蓋板、以及磁極蓋板下表面或上表面的多個凸起的扇形磁極；該多個凸起的扇形磁極包括一個主磁極和一個以上的非主磁極，該一個主磁極上纏繞線圈，該一個以上非磁極上不纏繞線圈，主磁極的體積大于非主磁極的體積；所述主磁極分別和回軛、非主磁極構成磁場回路。