Бетатрон

СОЮЗ СОЮТСНИХкимьемиснииРЕСПУБЛИН ВСЮ Н 05 Н 11 0 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯм свицпвытвм ОПИС т УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ 99(71) Научно-исследовательский инс итут ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им.С.И.Кирова (53) 621,384,6(088,8)(54357 БЕТАТРОН, содержащйй полюсные наконечники и обратный магнитопровод, набранный из пластин электротехнйческой стали и обеспечивающий.ЯО 492247 А прохождение ускоряющего и управляя=щего магнитных потоков, намагничива-ющую обмотку. и фазосдвйгающий элечмент, обеспечивающий отставание,ускоряющего потока, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения конечной энергии ускоренныхэлектронов без увеличения габаритови веса электромагнита, фаэосдвигающий элемент выполнен из пластин электротехнической стали и является час.тью обратного магнитопровода, причемпластины расположены по отношению кускоряющему потоку под углом,Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц, а именно к индукционным ускорителям электроновбетатронам.Известны бетатроны, содержащие полюсные наконечники и обратные магнитопроводы, набранные из пластин электротехнической стали и обеспечивающие прохождение ускоряющего и уп равляющего магнитных потоков, намагничивающую обмотку и фазосдвигающий элемент, обеспечивающий смещение по Фазе ускоряющего потока относительно управляющего для повышения конечной энергии электронов за счет увеличения напряженности магнитного поля,Недостатком известных беМатронов является то, что сдвиг по фазе осуществляется при помощи дополнительной обмотки, размещаемой на центральных вкладышах и нагруженной на активное сопротивление, Размещение эк ранирую 1 цей обмотки в рабочем зазоре приводит к нарушению пространственного распределения магнитного поля, а в ускорителях с малой рабочей апертурой занимает значительную часть 25 рабочего зазора, что приводит к снижению величины ускоряемого заряда или, при сохранении его, к увеличению габаритов и веса электромагнита.Целью изобретения является повышение конечной энергии ускоренных электронов без увеличения габаритов и веса электромагнита.Это достигается тем, что в предлагаемом бетатроне фазосдвигающий 35 элемент выполнен из пластин электротехнической стали и является частью обратного магнитопровода, причем пластины расположены по отношению к ускоряющему потоку под некоторьм уг лом.На фиг,1 схематически изображен электромагнит предлагаемого бетатрсна, разрез (показано распределение магнитных потоков в рабочем пространстве); на фиг.2 - сечение магнитопровода бетатрОна по ярму и схема перераспределения магнитного потока в ярме; на фиг,З - электромагнит бетатрона, сечение (показано распределение потоков), на Фиг,4 - сечение по полюсному наконечнику магнитопровода бетатрона конструкции, показанной на фиг.З, а также перетекание магнитного потока; на фиг,5 - электромагнит бетатрона с азимутальной вариацией управляющего магнитнбго поля и распределенИя магнитных потоков; на фиг,б - сечение по полюсному наконечнику бетатрона конструкции представленной на фиг,5 и схема б 0 перетекания потока; на фиг,7 - картина временного распределения Чо при наличии перераспределения потоков кривая 1) и при отсутствии его (кривая 2).65 Все электромагниты бетатронов,представленные на фиг.1,3 и 5, имеют намагничивающую катушку 1 и обратный магнитопровод, состоящий из стоек 2, ярем 3, полюса 4, профилированных полюсных наконечников 5 и центрального блока, включающего в себяцентральные вкладыци б и немагнитныепрокладки 7,При работе бетатрона для обеспечения неизменности положения радиусаравновесной орбиты в любой моментвремени, должно выполняться соотношение(Н) 2Йогде (Н 1 -ф /2 Я 1 О - средняя напряженность магнитного поля вкруге радиусаравновеснойорбиты.Поток, обозначенный на Фиг,1, 3 и5 как ф, обычно называют ускоряющим потоком Он складывается из потокак протекающего в круге радиуса центральных вкладышей г и в кольце,ограниченном радиусами о иУправляющий поток, который обозначен на фиг.1, 3 и 5 ф) проходит вкольце, ограниченном наружным радиусом полюсов гп я радиусом центральныхвкладышей гНо - напряженность магнитного поля на радиусе равновесной орф биты,Возникновение отставания по Фазеускоряющего потока Ф ус от управляющего Ф дза счет выполнениямагнитопровода, в котором на определенном участке пластины электротехнической стали установлены под уг)лом к направлению ускоряющего потока,рассмотрим более подробно на примере электромагнита, изображенного нафиг,1 и 2,Как видно из фиг,2 ( рассматриваем, например, для шестистоечного электтромагнита одну шестую часть магнитопровода) ускоряющий поток в теле полюса проходит в треугольнике ОСЕ, а управляющий - в части кольца АВНК,4 Если ярмо магнитопровода выполнено одинаковой высоты, например равной Ъ, фг/2, а также с равномерным по дуге КН коэффициентом заполнения К 3, то в центральной части ярма, примыкающей к полюсу по дуге ЛМ, индукция превышает срецнюю индукцию в полюсе на величину равную отношению суммарной площади треугольника ОАВ и части кольца АВЛМ к площади сечения ярма, равного Ъ1 , а в крайних частях ярма, примыкающих к полюсу по дугам КЛ и МН, будет меньше В среднего во столько раз, во сколько отношение площадей треугольников ВМНи АКЛ соответственно меньше плсицадей "яЕ, и ЛяюТаким образом, в ярме этого магнитсаровода оказываются участки с различнрй загрузкой магнитным потоком. Поэтому часть магнитного потока из центральной части ярма переходит в боковые. При этом перераспределяющий поток направлен под углом к пластинам стали, из которых набран магнитопровод.Как видно из фиг,2, большая часть ускоряющего потока проходит через центральную часть ярма, следовательно и большая его часть претерпе вает экранирующее воздействие .плас-. 1 тин стали магнитопровода, в то. время, как часть управляющего потока нз областей КАЛ и ИВН проходит только вдоль пластин магнитопровода, и естественно, не испытывает зкрани рующего действия пластин,Таким образом, суммарный ускоряющий поток Ф ск оказывается сдвинутым по отнсшению к суммарному по кольцу управляющему потоку в сторону 75 отставания на определенный угол, Наличие этого сдвига позволяет повысить индукцию в стали центральных вкладышей, т.е, позволяет работать в области перегиба основной кривой намагни- Зу чивания применяемого типа электротехнической стали. При этом в стали магнитопроводавозникают дмщлнительные потери,однако они не превышают потерь, возникающих в дбполнительной. экранирующейобмотке известного бетатрона.На фиг.7 представлена зависимостьизменения радиуса равновесной орбиты,(кривая 1) при наличии перетекания ускоряющего потока. Здесь же длясравнения кривая 2 ) показано временное положение радиуса равновеснойорбиты в этом же зазоре, но при отсутствии перетекания магнитного пото"ка.Аналогичное отставание ускоряющего потока возникает и в магнитопроводе электромагнитов, представленныхна фиг.Э, 4 и 5,6. Однако в этихконструкциях участками магнитопровода, в котором ускоряющий поток проходит под углом к плоскости пластинстали, является не ярмо, а полюсныенаконечники,Таким образом, в предлагаемомбетатроне без дополнительных элементов, например.экранирующнх обмоток,конструкция магнитопровода обеспечивает появление Фазового сдвига междуускоряющим н управляющим потоками,который, в свою оЧередь, как и в известном бетатроне с экранирующейобмоткой, позволяет увеличить конечную энергию ускоренных электронов..Ми Зака ул. Проектн ПП "Патент",ж иал Редактор О.Юркова Техре 1101/4 Тираж 7 ВНИИПИ Государст по делам иэобр 113035, Москва, Ж енно тени 5 Р а Корректор В. Бутяга,Подписноекомитета СССРОткрытий,сная наб д.4/5