Магнитопровод бетатрона

Магнитопровод бетатрона, содержащий выполненные из собранных в пакеты отдельных пластин стойки, ярма, центральные вкладыши и полюса, имеющие центральную часть и гребни, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, повышения теплоотвода в процессе охлаждения и снижения массы ферромагнитного материала в магнитопроводе, пакеты собраны в виде ступеней, причем пакеты гребней и часть пакетов ярем и стоек, соединенных с указанными пакетами гребней, установлены по одну или обе стороны от пакетов ярем и стоек, соединенных с пакетами центральной части полюса.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов промышленного применения.
Целью изобретения является упрощение технологии изготовления, повышение теплоотвода в процессе охлаждения и снижение массы ферромагнитного материала в магнитопроводе путем унификации деталей, входящих в состав магннитопровода, создания дополнительных каналов охлаждения и перераспределения магнитного материала в соответствии с величиной магнитного потока.
На фиг. 1 дано поперечное сечение магнитопровода; на фиг. 2 - магнитопровод бетатрона в плане; на фиг. 3 вариант выполнения магнитопровода бетатрона в плане; на фиг. 4 двухстоечный магнитопровод бетатрона в плане.
Магнитопровод содержит стойки 1, ярма 2 и полюса гребневого типа. Магнитопровод обычно выполняется разъемным по средней плоскости 3 рабочего зазора. Каждый полюс имеет центральную часть и гребни. Центральная часть выполняется из двух, трех, четырех и более пакетов 4. Если число пакетов 4 равно двум или четырем, то практически исключается дополнительная обработка поверхности пакетов (см. фиг. 2). Если пакетов три, пять или более, то необходима обработка торцевых поверхностей так, чтобы центральная часть была в виде правильного многоугольника. Поэтому предлагаемый магнитопровод целесообразно выполнять двух или четырехстоечным.
Каждый гребень выполняется из одного 5 (см. фиг. 3) двух или более пакетов 6, причем пакеты 5, 6 устанавливаются ступенчато относительно друг друга и относительно пакетов 4 центрального сердечника. С целью снижения массы ферромагнитного материала ярма 2 выполняются ступенчатыми, а стойки 1 могут быть выполнены ступенчатыми либо без ступенек. Стыки между пакетами ярма и стоек и пакетами ярма и пакетами центрального сердечника проходят по линиям 7, 8.
Так как ярма 2 выполнены ступенчатыми, то освободившиеся участки 9 можно использовать для выполнения вентиляционных каналов 10. Для улучшения охлаждения между пакетами гребней могут быть выполнены зазоры 11. Пакеты 5, 6 гребней могут быть идентичными для всех гребней, а могут быть выполнены двух и более типоразмеров и установлены с чередованием по азимуту так, чтобы пакет каждого типоразмера повторялся не менее двух раз. Число, форма и размеры пакетов выбираются путем расчетов и моделирования поля.
В данной конструкции число гребней определяется и способом установки пакетов гребней. Если пакеты 5, 6 установлены по одну сторону от пакетов, образующих центральный сердечник, то число гребней будет равно числу стоек. Но пакеты можно расставить по обе стороны пакетов, образующих центральный сердечник (см. фиг. 4). В этом случае число гребней будет в два раза превышать число стоек. Это позволяет, например, при почти Ш-образной конструкции получить магнитное поле с четырьмя элементами периодичности, и тем самым снизить влияние нелинейных резонансов на ускоряемый пучок частиц.
В данном магнитопроводе можно использовать витые C-образные сердечники. Центральные вкладыши как и в известных конструкциях служат для выполнения бетатронного соотношения, а пазы в магнитопроводе служат для размещения намагничивающей катушки.
Устройство работает следующим образом.
При включении обмоток возбуждения в магнитопроводе возбуждается ведущее магнитное поле, имеющее азимутальную вариацию и ускоряющее переменное магнитное поле. Изготовление магнитопровода из пластин, таких как и в известном устройстве, снижает потери на вихревые токи, а выигрыш в массе объясняется тем, что каждый последующий пакет ярма становится короче предыдущего. Улучшение условий охлаждения достигается тем, что в предлагаемой конструкции ярма образуют "сплошную" часть, площадь которой равна площади центрального сердечника. В кольцевой зоне полюса между наружным радиусом полюса r_н и радиусом центральной части r_с в ярме появляются участки, "свободные" от ферромагнитного материала. В этих "свободных" участках можно выполнить сквозные вентиляционные каналы, что существенно увеличит циркуляцию хладагента.
Данная конструкция позволяет сформировать двойное число гребней по сравнению с числом стоек. Это достигается установкой пакетов по обеим сторонам пакета, формирующего центральный сердечник. Удвоение числа гребней особенно важно для магнитопроводов с малым числом стоек.
Кроем того, относительно просто в рабочем зазоре формируется управляющее поле с требуемым законом изменения среднего по азимуту показателя спадания. Коррекция поля осуществляется соответствующим выбором числа, места и объема устанавливаемых в полюсе пакетов. При этом необходимо, чтобы пакеты соответствующего местоположения и объема устанавливались симметрично и повторялись в полюсе не менее двух раз.
Данную конструкцию можно использовать и в многостоечных магнитопроводах. При этом механическая обработка осуществляется только пакетов, формирующих центральный сердечник.
В данном магнитопроводе группу пакетов можно заменить сердечниками соответствующей формы и размеров, что особенно важно при повышенной частоте импульсов излучения, т. к. сердечники можно навивать из ленты определенной толщины.
Фокусирующие свойства азимутально-периодического магнитного поля, сформированного в рабочем зазоре предлагаемого магнитопровода, определяются так же, как и в известных ускорителях

где _z и _r частоты бетатронных колебаний;
<n> средний по азимуту показатель спадания поля;
_mN амплитуда соответствующей гармоники поля;
N частота основной гармоники поля.
Острые" углы отдельных пакетов при относительно большом значении :r_o, где межполюсный зазор; r_o равновесный радиус, периодически повторяются по азимуту. Все это приводит к расширению гармонического состава поля и вызывает дополнительное повышение n_z.
Изобретение относится к области ускорительной техники. Цель изобретения - упрощение технологии изготовления, повышение теплоотвода в процессе охлаждения и снижение массы ферромагнитного материала в магнитопроводе (М) бетатрона. М выполняется разъемным и содержит стойки 1, ярма 2 и полюса, каждый из которых имеет центральную часть, выполненную из двух, трех и более пакетов (П) 4, и гребни, каждый из которых выполнен из одного, двух или более П 5, 6. Цель достигается тем, что П 5, 6 устанавливаются ступенчато относительно друг друга и относительно П 4, ярма 2 выполнены ступенчатыми, а стойки 1 могут быть ступенчатыми. Стыки между П ярма и стоек и П ярма и П центрального сердечника проходят по линиям 7, 8. Конструкция позволяет иметь дополнительно вентиляционные каналы для лучшей циркуляции хладагента и унифицировать детали, входящие в состав М бетатрона. В рабочем зазоре относительно просто формируется управляющее поле с требуемым законом изменения среднего по азимуту показателя спадания. 4 ил.