一種加速器用束流均勻化六極磁鐵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于加速器設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種加速器用束流均勻化六極磁鐵。
【背景技術(shù)】
[0002]加速器產(chǎn)生的束流橫向截面的粒子分布一般是高斯分布的，即轟擊到靶上的粒子分布是不均勻的。在某些工業(yè)電子輻照?qǐng)龊?，?duì)束流輻照均勻度要求是很高，例如對(duì)半導(dǎo)體材料的輻照。此外，在重離子加速器產(chǎn)生的高功率密度的束流轟擊靶的時(shí)候，為了降低靶的尺寸和實(shí)現(xiàn)靶的冷卻，需要在束斑擴(kuò)大的同時(shí)，將束流盡量整型為均勻分布的。因此，加速器束流的均勻化是一個(gè)非常重要的問題。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外采用的束流均勻化器件分為非線性多極鐵和非線性階梯場(chǎng)二極磁鐵兩類。非線性多極鐵有八極鐵和十二極鐵等，非線性階梯場(chǎng)二極磁鐵分為單臺(tái)階和多臺(tái)階。
[0004]由于非線性多極鐵在進(jìn)行束流均勻化的過程中引入了非常強(qiáng)的非線性效用，其結(jié)果不盡如人意。非線性階梯場(chǎng)二極磁鐵均勻化的目標(biāo)是將束流邊緣部分的粒子等密度平移到內(nèi)部區(qū)域，但其所平移的束流是不均勻的，在平移疊加時(shí)，是高密度與較高密度疊加，低密度與較低密度的疊加，其疊加后的均勻度仍然不是很好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種加速器用束流均勻化六極磁鐵結(jié)構(gòu)，使束斑具有更好的均勻化效果。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種加速器用束流均勻化六極磁鐵，磁鐵的六個(gè)磁極兩兩相對(duì)沿環(huán)形設(shè)置，其中，兩個(gè)相對(duì)的磁極上不設(shè)置勵(lì)磁線包，其余磁極上設(shè)置勵(lì)磁線包并通入勵(lì)磁電流；在兩個(gè)設(shè)置勵(lì)磁線包的相鄰磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，兩個(gè)設(shè)置勵(lì)磁線包的相對(duì)磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，從而形成相對(duì)于磁鐵中心線對(duì)稱的磁場(chǎng)分布。
[0007]進(jìn)一步，如上所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其中，不設(shè)置勵(lì)磁線包的相對(duì)磁極之間的距離小于設(shè)置勵(lì)磁線包的相對(duì)磁極之間的距離。
[0008]進(jìn)一步，如上所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其中，所述的磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是指如果磁場(chǎng)方向指向磁鐵中心為正方向，如果磁場(chǎng)方向離開磁鐵中心為負(fù)方向。
[0009]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明所提供的六極磁鐵，是在傳統(tǒng)六極磁鐵的基礎(chǔ)上刪除了相對(duì)的一對(duì)磁極的勵(lì)磁線包，并縮短了這對(duì)磁極之間的距離，同時(shí)改變一對(duì)相鄰磁極線包的電流方向。這種磁鐵能夠在X軸上所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱，磁場(chǎng)的大小與位置的平方呈正比，能夠?qū)︻惾敲芏确植嫉氖咛峁┖芎玫木鶆蚧Ч?br>【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中六極磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的六極磁鐵磁場(chǎng)分布與現(xiàn)有技術(shù)的比較示意圖；
[0012]圖3為采用本發(fā)明的六極磁鐵形成的束流初始密度分布示意圖；
[0013]圖4為束流的光路不意圖；
[0014]圖5為光路末端束斑不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0016]本發(fā)明是在傳統(tǒng)六極磁鐵的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，傳統(tǒng)六極磁鐵的六個(gè)磁極兩兩相對(duì)沿環(huán)形對(duì)稱設(shè)置，每個(gè)磁極外均設(shè)有勵(lì)磁線包，而且相對(duì)的兩個(gè)磁極之間的距離都是相等的，相鄰磁極內(nèi)的磁場(chǎng)方向相反，相對(duì)磁極內(nèi)的磁場(chǎng)方向也相反，這種六極磁鐵的磁場(chǎng)分布是關(guān)于經(jīng)過磁鐵中心線的平面對(duì)稱的，如圖2中的A曲線所示，磁場(chǎng)的大小與位置的平方成比例。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的技術(shù)方案是將六極磁鐵的一對(duì)相對(duì)的磁極1、2上的勵(lì)磁線包去掉，并將一對(duì)相鄰的磁極3、4的勵(lì)磁線包7、8相對(duì)于傳統(tǒng)的六極磁鐵的電流反向，使得設(shè)置勵(lì)磁線包的4個(gè)磁極中的相鄰磁極內(nèi)的磁場(chǎng)方向相反，相對(duì)磁極內(nèi)的磁場(chǎng)方向相同，從而形成一種關(guān)于磁鐵中心線對(duì)稱的磁場(chǎng)分布，磁鐵中心線垂直于圖1紙面，位于磁鐵正中心。所述的磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是指如果磁場(chǎng)方向指向磁鐵中心為正方向，如果磁場(chǎng)方向離開磁鐵中心為負(fù)方向。磁場(chǎng)分布曲線為關(guān)于位置坐標(biāo)的二次函數(shù)。傳統(tǒng)的六極磁鐵的磁場(chǎng)分布是關(guān)于經(jīng)過磁鐵中心線的平面對(duì)稱的，如圖2中的A曲線所示，磁場(chǎng)的大小與位置的平方成比例。本發(fā)明的磁場(chǎng)分布如圖2中的B曲線所示，在中心點(diǎn)的一側(cè)與A曲線相同，而另一側(cè)與A曲線的絕對(duì)值相等，但方向相反。本發(fā)明的場(chǎng)分布可以對(duì)兩邊的邊緣粒子都提供聚焦作用，相當(dāng)于束流聚焦元件。傳統(tǒng)的六極磁鐵所形成磁場(chǎng)分布A曲線，對(duì)一邊的粒子聚焦，另一邊的則散焦，對(duì)束流有一個(gè)不均勻偏轉(zhuǎn)的效應(yīng)。
[0018]相對(duì)于傳統(tǒng)的六極磁鐵，本發(fā)明的去掉勵(lì)磁線包的兩個(gè)磁極之間的距離需要相應(yīng)減小，以便獲得圖2中理想的曲線B。也就是說(shuō)，相對(duì)的兩個(gè)磁極1、2之間的距離小于相對(duì)的兩個(gè)磁極3、6以及相對(duì)的兩個(gè)磁極4、5之間的距離，磁極3、6之間的距離以及磁極4、5之間的距離保持相等。
[0019]本發(fā)明的磁鐵可以對(duì)類三角密度分布的束斑提供很好的均勻化效果，高斯分布屬于類三角分布的一種。
[0020]實(shí)施例
[0021]本實(shí)施例所提供的六極磁鐵的磁極距離如圖1所示，其中磁極3、6之間的距離與磁極4、5之間的距離相同，都是5cm，磁極1、2之間的距離為1.1cm，磁極1、2上不設(shè)置勵(lì)磁線包，其余磁極3、4、5、6上設(shè)置勵(lì)磁線包并通入勵(lì)磁電流。在兩個(gè)設(shè)置勵(lì)磁線包7、10的相對(duì)磁極3、6內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與另外兩個(gè)設(shè)置勵(lì)磁線包8、9的相對(duì)磁極4、5內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，相對(duì)磁極3、6 (或4、5)內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，從而形成相對(duì)于磁鐵中心線對(duì)稱的磁場(chǎng)分布。束流的初始密度分布是高斯分布，如圖3所示。束流光路如圖4所示，視圖上部分為X-Z平面的束包絡(luò)，視圖下部分為Y-Z平面的束包絡(luò)，其中的SI和S2是本發(fā)明的六極磁鐵，一個(gè)磁鐵如圖1的位置放置，另一個(gè)磁鐵將圖1的磁鐵旋轉(zhuǎn)90度放置。圖4中最右側(cè)的光路末端束斑如圖5所示，在X和Y方向的束斑尺寸都為200mm的方形束斑。
[0022]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種加速器用束流均勻化六極磁鐵，磁鐵的六個(gè)磁極兩兩相對(duì)沿環(huán)形設(shè)置，其特征在于:兩個(gè)相對(duì)的磁極(1、2)上不設(shè)置勵(lì)磁線包，其余磁極(3、4、5、6)上設(shè)置勵(lì)磁線包(7、8、9、10)并通入勵(lì)磁電流；在兩個(gè)設(shè)置勵(lì)磁線包的相鄰磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，兩個(gè)設(shè)置勵(lì)磁線包的相對(duì)磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，從而形成相對(duì)于磁鐵中心線對(duì)稱的磁場(chǎng)分布O
2.如權(quán)利要求1所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其特征在于:不設(shè)置勵(lì)磁線包的相對(duì)磁極(1、2)之間的距離小于設(shè)置勵(lì)磁線包的相對(duì)磁極(3、6)之間的距離。
3.如權(quán)利要求2所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其特征在于:所述的磁極(3、4、5、6)內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是指如果磁場(chǎng)方向指向磁鐵中心為正方向，如果磁場(chǎng)方向離開磁鐵中心為負(fù)方向。
【專利摘要】本發(fā)明屬于加速器設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種加速器用束流均勻化六極磁鐵。該六極磁鐵在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上刪除了相對(duì)的一對(duì)磁極的勵(lì)磁線包，并縮短了這對(duì)磁極之間的距離，同時(shí)改變一對(duì)相鄰磁極線包的電流方向。這種磁鐵能夠在X軸上所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱，磁場(chǎng)的大小與位置的平方呈正比，能夠?qū)︻惾敲芏确植嫉氖咛峁┖芎玫木鶆蚧Ч?br>【IPC分類】H01F7-02
【公開號(hào)】CN104681230
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410783690
【發(fā)明人】李金海, 任秀艷, 曾自強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日