Магнитопровод бетатрона

-793346 Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 30,03.82(088.8) ев делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А, А. филимонов, В. Л. Чахлов и Г, Л, Чахлов 71) Заявитель Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова(54) МАГНИТОПРОВОД БЕТАТРОНА Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц, а именно к индукционным ускорителям электронов,Известен магнитопровод 11.Недостатками данной конструкции магнитопровода является соблюдение условия равенства магнитных сопротивлений только в какой-то момент ускорения, существенная сложность технологии изготовления магнитопровода, препятствующая массовому производству бетатронов в заводских условиях.Известен также манитопровод 121, содержащий обратный магнитопровод и радиально-гребневые полюса.Недостатком такой конструкции является неравномерная загрузка стали, в результате которой часть стали магнитопровода работает на криволинейном участке кривой намагничивания материала, а другая часть - на прямолинейном, Это в конечном итоге, приведет к уменьшению к концу цикла ускорения величины радиуса равновесной орбиты и, как следствие - к уменьшению конечной энергии ускоренных электронов.Цель изобретения - увеличение конечной энергии ускоренных электронов без увеличения массогабаритных характеристик матнитопровода,Цель достигается тем, что центральнаячасть гребневых полюсов и примыкающая к ней часть обратного магнитопровода выполнены с максимальным коэффициентом 5 заполнения сечения сталью, а требии ипримыкающие к ним части обратного магнитопровда набраны с меньшим коэффициентом заполнения, который выбран из условия равненства магнитных сопротивле ннй в упомянутых частях магнитопровода.На фиг. 1 охематически изображенпредлагаемый магнитопровод, разрез и показаны пути прохождения ускоряющего (Ф,1 и управляющего (Ф,р) потоков;,на фит. 2 - то же, сечение по медианной плоскости.Магнитопровод бетатрона состоит изобратного магнитопровода 1, радиальногребневых полюсов 2 и блока 3 централь.- 20 ных вкладышей. Радиально-гребневые по-,люса служат для формирования ускоряющего и управляющего магнитных полей и состоят из гребней 4, выходящих из центрального сердечника 5. Обычно количест во гребней определяется конструкциейобратного магнитопровода. Ц нашем слу-.чае для примера взят шестистоечный магнитопровод, поэтому количество гребней в полюсе равно шести. Блок 3 центральных З 0 вкладышей состоит из ферромагнитныхН(НО = 2,55 60 65 центральных вкладышей 6 и немагнитных прокладок 7. Центральная часть 8 магнитопровода сопряжена с центральным сердечником 5 полюсов 2, по дуге АВ, длина которой равна радиусу центрального сердечника. Боковые части 9 и 10 магнитопровода расположены по обе стороны от центральной части 8. Центральная часть магнитопровода набрана только из ферромагнитных пластин, а боковые из ферромагнитных 11 и немагнитных 12. Все пластины имеют одинаковую конфигурацию, но различную длину. При работе бетатрона должна обеспечиваться неизменность величины радиуса равновесной орбиты г В связи с этим необходимо, чтобы в любой момент ускорения выполнялось соотношение где Й = Ф/2 лг, - средняя напряженность магнитного поля в круге с радиусом равновесной орбиты го,(Но - усредненная по азимуту напряженностьмагнитного поля наравновесной орбите,Если в процессе ускорения происходит насыщение стали, по которой циркулирует Ф, как это, например, имеет место в прототипе, то это соотношение будет выполняться на меньшем радиусе. В итоге радиус будет уменьшаться и ускорение станет невозможным. Предотвратить уменьшение радиуса равновесной орбиты без усложнения кокструкции магнитопровода и технологии его сборки можно, если обеспечить одинаковый закон изменения для ускоряющего и управляющего магнитных потоков за счет выравнивания магнитных сопротивлений участков магнитопровода, по которым протекают эти потоки, т, е. чтобы магнитное сопротивление потоку, протекающему по центральной части магиитопровода, примыкающей к полюсу 2 по дугам М или АВ, было равно в любой момент ускорения ма 1 гнитному сопрогивлению потока, протекающего по боковым частям магнитопровода. Выравнивание магнитных сопротивлений по изобретению осуществляется за счет уменьшения коэффициента заполнения магнитопровода сталью в частях, примыкающих к полюсу по дугам К 1, и МН или (что одно и то же) лежащих по обе стороны от центральной части магнитопровода, сопряженной с центральным сердечником 5 полюсов 2. 5 10 150 25 30 35 40 45 50 Ввиду того, что в центральной части магнитопровода, где протекает, в основном, ускоряющий поток Фуиндукция превышает среднюю индукцию в полюсе на величину, равную отношению суммы площадей треугольника ОАВ и части кольца АВМ к площади сечения ярма, равной Й 1 см, а в частях магнитопровода, где протекает, в основном, управляющий поток Фу.р, индукция будет меньше средней во столько раз, во сколько отношение площадей треугольников ВМН и АК будет меньше площадей 61 ЛО и й 1, то необходимо коэффициент заполнения выбрать таким, чтобы матнитные сопротивления для Ф ., и Фр были одинаковыми.Уменьшение коэффициента заполнения К, достигается за счет замены ферромагнитных пластин, из которых набирается магнит, на немагнитные, изготовленные, например, из стеклотекстолита. Выравнивать магнитные сопротивления упомнянутых участков было бы достаточно только в ярмах или стойках. Однако, для упрощения технологии сборки магнитопровода конфигурация немагнитных пластин и ее размеры взяты точно такими же как и у заменяемых ими ферромагнитных.Поэтому, применение немагнитных пластин приводит к тому, что меняется и коэффициент заполнения гребней полюсов. В этой связи, чтобы в рабочем зазоре в процессе ускорения топография поля не претерпевала существекных изменений изза насыщения стали полюсов немагнитные пластины располагаются по сечению гребня равномерно, а сечение части каждой ферромагнитной пластины, формирующей гребневую часть полюсов, берется несколько больше из условия работы стали на ненасыщенном участке,Таким образом, в предлагаемом магнитопроводе без усложнения технологии изготовления обеспечивается увеличение конечной энергии ускоренных электронов за счет переменного коэффициента заполнения магнитопровода сталью, а удаление части ферромагнитного материала позволило уменьшить вес магоитопровода примерно на 35 ф. Формула изобретения Магнитопровод бетатрона, содержащий обратный магнитопровод и радиально-гребневые полюса, отличающийся тем, что, с целью увеличения конечной энергии ускоренных электронов без увеличе. ния массогабаритных характеристик, центральная часть гребневых полюсов и примыкающая к ней часть абратного магнитопровода выполнены с максимальным коэффициентом заполнения сечения сталью, а гребни и примыкающие к ним части обратного матнитопровода набраны с меньшим коэффициентом заполнения, который выбр,ан из условия равенства матнитных сопротивлений в упомянутых частях магнитопровода.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Ананьев Л. М. и др. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон, Госатомиздат, 1961, с. 86 - 88,2, Авторское свидетельство СССР,368008, кл, Н 05 Н 7/00, 1972.