Электромагнит бетатрона

(1 Ю)4 Н П 5 Н 1 Р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ю СЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский инсти -тут ядерной физики, электроники иавтоматики при Томском политехническом институте им. С, М, Кирова(54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЕТАТРОНА,содержащий ферромагнитный магнитопровод Ш-образного типа и намагничивающую обмотку, расположенную на стойках и ярмах магнитопровода, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения рабочего магнитногопотока бетатрона при неизменном поперечном сечении электромагнита, полюсэлектромагнита выполнен в виде двухполукругов, разделенных воздушнымпромежутком, часть которого по ширине центральных вкладышей заполненаферромагнитным материалом,(2) Е х 300 гоВ- 0,51 1Изобретение относится к областиускорителей заряженных частиц и может использоваться при разработкебетатрона,Известен электромагнит бетатрона,содержащий ферромагнитный магнитопровод Ш-образного типа и намагничивающую обмотку, расположенную настойках и ярмах магнитопровода.Цель изобретения - увеличениемагнитного потока бетатрона при неизменном поперечном сечении электромагнита.Для этого полюс электромагнита выполнен в виде двух полукругов, разделенных воздушным промежутком, частькоторого по ширине центральных вкладышей заполнена ферромагнитным материалом,В настоящее время для каротажаскважин, широко применяют в качествеисточников жесткого -излучения ра-,диоактивные изотопы, Использованиеускорителей электронов как источников тормозного излучения с максимальной энергией 4 - 7 МэВ позволитзначительно повысить глубинность иточность каротажа. Однако габаритысуществующих ускорителей с максимальной энергией 4 - 7 МэВ не позволяют располагать их в скважине, диаметр которой не превышает 100 мм.Из всех известных ускорителей электронов на такую энергию индукционныйускоритель типа бетатрон имеет наименьшие габариты, Все основные узлыбетатронной установки за исключениеммагнитной системы можно расположитьв герметизированном корпусе цилиндри.ческой формы, Расположение электро-:магнита вызывает существенные затруднения, В известном ускорителе электромагнит бетатрона располагают так,что ось симметрий полюса перпендикулярна оси симметрии .скважины. Но ипри таком расположении электромагнита энергия ускоренных электронов будет ограничена, так как связь междуэнергией ускоренных электронов и радиусов равновесной орбиты определяется по выражению где Е - энергия, МэВ;Во - поле на равновесной орбите.Максимальная величина энергии ускоренных электронов будет определяться выражением (1) при выбранном г и 2В на орбите. С другой стороны величина Е определяется величиной ЭДС индукции, определяемой по выражению где 4 - магнитный поток, охватываемыйорбитой; Следовательно, для получения1.0 необходимого приращения энергии ЕкоН-Е необходимо выполнение следующеговйражения зЕ = - (дф) .3,(3)15 сИз выражения (3) следует, что чембольше приращение энергии лЕ, тембольшим должно быть изменение магнитного потока л Ф , охватываемого орбитой. Увеличение 4 ф при неизменном%радиусе равновесной орбиты г требует увеличения В на орбите, Увеличение поля на орбите приводит к ещеболее сильному увеличению поля цент 25 рального сердечника, так как должнобыть выполнено бетатронное соотношение, равное, в случае азимутальносимметрического поля, 2:1. Увеличе,ние поля центрального сердечникаЗ 0 приводит к его насыщению, в резуль-.,тате нарушается бетатронное соотношение. Поэтому в существующих бетатронах поле на орбите составляет3000 - 5000 Гс35Из выражения (2) видно что наУпряжение индукции в некоторой точкеорбиты определяется не изменениемполя, существующего на орбите, а изменением общего магнитного потока,4 пронизывающего площадь орбиты. Следовательно, необходимо так деформировать орбиту, чтобы внутри орбитыпропустить достаточно большой магнитный поток, который требуется для45 ускорения частиц до заданной энергии,При этом наружный радиус полюса гне должен быть больше чем г сьДля этого полюс бетатрона необходимо выполнить из 2-х полукругов,50 отстоящих друг от друга на расстоянии 1, а центральную часть промежутка по ширине центральных вкладышей(галет) заполнить ферромагнитным материалом,Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором приведенаконструкция полюса,Управляющее поле будет существовать только на круговой части орби(6) ты, а его форма должна обеспечитьустойчивость по г и г направлениям,т.е. градиент поля "и" должен бытьвыбран из условия 0 ( п1,Длину воздушного промежутка 1 вы 5бирают таким образом, чтобы обеспечить устойчивость движения частиц вцелом.Чтобы орбита в процессе ускоренияоставалась неизменной, необходимовыполнение следующего условия 3 (Вк) 2 йЯ ИВА-- (4)ас . п зс15 периметр орбиты;- площадь, охватываемая орбитой;( В- поле, усредненное вдоль орбиты;Вк - поле, усредненное по поверхности, охватываемойорбитой. Бетатронное соотношение будетиметь вид Вг(с) 2 (1 + о 1)В(С) 1+ 2 сЗО где Ф - коэффициент формы орбиты;В з - поле на круговой частиорбиты,Анализ бетатронных колебаний для синхротрона типа "рейстрек" позволя ет определить предельную длину прямолинейного участка без учета полей рассеяния, Предельная длина должна выбираться из выражения 1 + соз /и-улР гоб - здп %где - угловой размер криволинейного участка и - градиент поля на криволинейном участкепри Ч= й 1 = (1,4-2)г, что соответствует о0,45 - 0,6,Поскольку в воздушных промежуткахбудут существовать поля рассеяния,длину промежутков видимо следуетуменьшить, так как будет наблюдатьсяснос пучка, Угловой снос пучка можноопределить по выражению ВВ 1)где В( = -- распределение полейВрассеяния по прямолинейной части орбиты.Определив угловой снос пучка, можно на соответствующий угол подрезатькрая заворачивающей части магнита(см. фиг.). Следовательно, реальнаяравновесная орбита будет иметь формуэллипса,Предлагаемая конструкция бетатрона позволяет, оставляя неизменнымпоперечное сечение электромагнитабетатрона, увеличить энергию ускоренных электронов за счет некоторогоувеличения его длины. Как показалирасчеты, при использовании, например,сплава 49 КФВИ (индукция насыщения2,3 тл), можно изготовить бетатронпредлагаемой конструкции на. энергию4,5 мэв, наружный диаметр которогоне будет превышать 1 О см, При этомрадиус орбиты г на заворачивающемучастке орбиты будет равен 3 см прииндукции поля на этом участке орбиты0,56 тл, а индукция в области центральных вкладьппей 2,3 тл, Величинад принята,. равной 0,25; Для бетатрона с круговой орбитой при г 0 = 3 сммаксимальная энергия припрочих равных условиях составит около 3,: МэВ.