Мультипольная линза с круговой апертурой

О П Ы С А Н Ы Е ц 76655 ОЫЗОБРЕТЕН ЫЯ Союз СоветснмхСоцналнстнческмхРеслублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУно делан нзобретеннй н атнрнтнй(54) МУЛЬТИПОЛЬНАЯ ЛИНЗА С КРУГОВОЙ АПЕРТУРОЙ Изобретение относится к технике фокусировки и транспортировки пучка ускоренных заряженных частиц и может найти применение в фокусирующих устройствах.Преимущественно изобретение предназначено для жесткофокусирующего канала линейного ионного ускорителя и ионопроводов. Кроме того, изобретение может найти применение в СВЧ-приборах.В настоящее время в электрофизических установках и ускорителях для создания стационарных магнитных полей, управ о ляющих пучком ускоренных заряженных частиц, применяют мультипольные, т.е. дипольные, квадрупольные, секступольные и т, п. линзы, выполненные иа магнитотвердых материалах. Известны мультипольные линзы, содержащие магнитные ярма и магнитотвердые бруски, а также, как правило, полюсные магнитомягкие наконечники 1.Недостатками этих линз являются трудоемкость изготовления, необходимость применения ярма сравнительно большой тол шины, большой рассеянный магнитный поток, а также при необходимости получения прецизионного рабочего поля использование полюсных наконечников со сложной формой профиля, что влечет за собой увеличение габаритов и веса линз.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой линзе является магнит, содержащий кроме ярма четыре магнитотвердых бруска в виде прямых круговых цилиндров, намагниченных однородно в направлении, перпендикулярном их осевым сечениям 2,Недостатками этого магнита являются большой рассеянный магнитный поток, необходимость применения сравнительно толстого ярма и большая величина погрешности воспроизведения рабочей гармонии поля. При необходимости уменьшения этой погрешности в эту линзу вводят полюсные наконечники либо бруски сошлифовывают до получения продольной плоской лыски, обращенной в сторону рабочей области. Отмеченные недостатки усложняют конструкцию линзы, увеличивают ее внешний диаметр и вес. Эти недостатки обусловлены неэффективным распределением магнитного материала вокруг области.Целью изобретения является повышение эффективности использования магнитотвердого материала при одновременном снижении погрешности воспроизведения заданного в рабочем пространстве магнитного поля, уменьшение толщины ярма, внешнего диаметра и веса мультипольной линзы, а также увеличение и регулировка рабочего поля.Цель достигается тем, что в линзе, содержащей ярмо и четыре магнитотвердых круглых цилиндрических стержня, в последний введены дополнительные стержни. Стержни устанавливаются в несколько рядов по окружностям вокруг аппаратуры.С целью регулировки величины рабочего поля в линзу введено устройство, смещающее в азимутальном направлении один ряд или группу рядов относительно другого ряда или группы рядов.На чертеже изображена четвертая часть однорядной шестнадцатистерж невой линзы мульти польности К (К = 1,2,3), причем ярмо не показано. (Ось Х перпендикулярна плоскости чертежа ХОУ).Цель обеспечивается тем, что в ячейках немагнитного держателя 1 на одинаковых ,расстояниях от оси линзы равномерно по азимуту устанавливаются круглые цилиндрические стержни 2 так, чтобы угол ю между вектором намагниченности 1 стержня с текущим номером 1 и радиус - вектор центра сечения этого стержня К; удовлетворял соотношениюс;=К ;,где К - азимутальная частота воспроизводимой гармоники поля (К=1.2), Ч - полярный угол центра сечения стержня с номером в цилиндрической системе координат г, Ф, Х (ось У, совмещена с осью линзы), Радиус К окружности, на которой располагаются центры сечений стержней первого ряда, и радиус сечения стержней выбираются так, чтобы обеспечить заданную апертуру линзы радиуса г. Стержни второго и каждого следующего ряда линзы располагаются аналогично стержням первого ряда, причем количество стержней в каждом ряду многорядной линзы и их радиусы поперечного сечения могут отличаться друг от друга, а магнитные моменты стержней одного и того же ряда, воспроизводящих одну и ту же гармонику поля, должны быть одинаковыми.Другое отличие предлагаемой линзы состоит в том, что в линзе может быть установлено устройство, позволяющее смещать в азимутальном направлении один ряд (или группу рядов) относительно другого ряда (или группы рядов).Поле линзы, воспроизводящей единственную гармонику В и содержащейрядов стержней, имеет гармоники других частот, появляющиеся из-за дискретности распределения магнитного материала в линзе, которые в сумме дают искажение ЬУ основной гармоники В. В частности при плотной упаковке линзы магнитным материалом стержней и одинаковом количестве стержней М во всехрядах при равенстве радиусов поперечныхсечений стержней в пределах каждого5Юряда амплитуда основнои гармоники полянаходится из соотношения:вь) =гФтм(Ь")т(ю К,о)( ф)"-фф ус 1 Ъ(1)где Т (1, К О) определяется соотношениями: Т (3, 1, О) =1, а при всех других соотношениях К и п,8 УН К+Ю-)р,71 ьиЧ 7 й1 (4-5 мИдк+ой 11 1+ Ыпй/И l15 гдемодуль намагниченности стержней 1,одинаковой для всех стержней линзы;К- радиус окружности, на которой расположены центры сечений стержнейпервоГО рядаНаибольшая величина искажения ЬВ втакой линзе определяет погрешность 8 воспроизведения основной гармоники Вц .8-(з,к,о) ет(т,кр),25 Точность воспроизведения основной гармоники поля линзы принято характеризоватьвеличиной погрешности д на условном радиусе г= г, который обычно полагают равным гу - -- 0.75.г . Как видно из выраже 30ния (2) при безграничном увеличении чис-.ла стержней и рядов погрешность 8 стремится к нулю. На основании этого свойствастержневых многорядных линз, справедливого и при всех других способах упаковкилинзы магнитными стержнями, выбираетсянеобходимое количество стержней и рядовтак, чтобы удовлетворялось требование3 8,где 3 - предельно допустимая погрешностьна радиусе г.40 Расчет линзы для произвольной частотырабочей гармоники поля 1 ведется путемопределения числа стержней в рядах, количества рядов, намагниченности 1 при обеспечении заданной амплитуды рабочей гар 4 моники поля и заданной предельно допустимой погрешности. При этом, например,для плотноупакованной линзы используютвыражения (1), (2) и (3).Например, если требуется найти размеры диполной линзы при В = КГС, радиусе50 апертуры го= 1 см, предельно-допустимойпогрешности 8"=0,01 на условном радиусе гу =0,75 ге=0,75 см, то в плотноупакованной линзе при использовании магнитного сплава Ь,СО с величиной остаточнойиндукции В = 431 =9 кГс достаточно согласно выражениям (1) и (2) установить, =1 ряд, содержащий 1 ч 3 МЗ стержней.Внешний диаметр этой линзы при Я =13равен 33 мм, а К=3,З мм, 766550Рассеянное поле в предлагаемой мультипольной линзе обусловлено неполной компенсацией потоков, создаваемых каждым стержнем во внешнем пространстве, и быстро уменьшается с увеличением числа стержней. По этой причине необходимая 5 толщина ярма существенно меньше, чем в прототипе, а при большом количестве стержней применение ярма с целью увеличения рабочего поля линзы становится неэффективным и его можно не использовать.0 Регулировка величины рабочей гармоники поля осуществляется путем смещения в азимутальном направлении одного ряда (или группы рядов) относительно другого ряда (или группы рядов). Если рабочие 5 магнитные потоки, создаваемые всеми рядами, совпадают, то рабочее поле максимально. При угле относительно поворота между смещаемыми рядами равном 9 величина результирующего поля выражается равенством где В 1 и В г - величины полей в апертуре, которые создают каждая из смещаемых групп рядов по отдельности. ением рядо начениям к ть гармониче нзы и в части нежелательнь гими рядами Преимущества предлагаемой линзы определяются тем, что при возрастании числа стержней в ряду и добавлении дополнительных рядов повышается точность воспроизведения рабочей гармоники поля, а во внешнем пространстве рассеянное поле уменьшается. При этом отпадает необходимость применять полюсные наконечники и ярмо, что позволяет уменьшить внешний 40 диаметр линзы, возникает возможность наращивать поле и регулировать его величиПри мен различным з можно изменя в апертуре ли компенсацию даваемых друв, отвечающих оэффициента к,ский состав поля ости осуществить х гармоник, соз стержней, ну и гармонический состав, что недостижимо в линзе (по прототипч).формула изобретения1. Мультипольная линза с круговой апертурой, содержащая однородно намагниченные перпендикулярно диаметральному сечению круглые цилиндрические стержни из магнитотвердого материала, установленные в ячейках немагнитного держателя па раллельно оси линзы, равномерно по азимуту, а также магнитомягкие ярмо, насаживаемое на держатель снаружи, отличаюи 1 аяся тем, что, с целью увеличения рабочего поля, уменьшения поля рассеяния снижения погрешности воспроизведения рабочей гармонии поля, уменьшения внешнего диаметра и веса линзы в ячейках держателя установлены ряды стержней, вектор намагниченности каждого из которых образует с радиус-вектором центра сечения этого стержня угол в к раз больший, чем угол между этим радиус-вектором и полярной осью, наклоненной к медианной плоскости линзы под углом , где величина коэффициента к равна азимутальной частоте воспроизводимой гармоники рабочего поля.2, Мультипольная линза по п. 1, отличаюи 1 аяся тем, что, с целью регулировки величины рабочего поля в линзе установлено устройство смещения в азимутальном направлении одного ряда или группы рядов относительно другого ряда или группы рядов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Мельников Ю. А. Постоянные магниты электровакуумных приборов СВЧ. М., Советское радио, 1967, с, 138.2. Свенсон Д. А. и др. Ускоряющая и фокусирующая система для ПИГМИ. Труды Х Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий, т.1 Серпухов, 1977, с. 295 (прототип).Н. Еркас СоставительТехред А, Бой Тираж 889 цкая Редактор Л. ПавловаЗаказ 3259/50ВНИИПИпо де113035, Мосфилиал ППП Государственного коам изобретений ива, Ж - 35, РаушскПатент, г. Ужгород,махинКорректор В. СиПодписноеитета СССРоткрытийя наб., д. 4/5ул. Проектная, 4