一種永磁束流均勻化六極磁鐵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于加速器設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種加速器用永磁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)電子輻照場合，對束流輻照均勻度要求是很高，例如對半導體材料的輻照。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候，為了降低靶的尺寸和實現(xiàn)靶的冷卻，需要在束斑擴大的同時，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非常重要的問題。
[0003]目前，國內(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，非線性階梯場二極磁鐵分為單臺階和多臺階。
[0004]由于非線性多極鐵在進行束流均勻化的過程中引入了非常強的非線性效用，其結(jié)果不盡如人意。非線性階梯場二極磁鐵均勻化的目標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，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。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種永磁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]本實用新型的技術(shù)方案如下:一種永磁束流均勻化六極磁鐵，磁鐵的六個磁極兩兩相對沿環(huán)形設(shè)置，其中，兩個相對的磁極上不設(shè)置磁場勵磁組件，其余磁極上設(shè)置磁場勵磁組件；在兩個設(shè)置磁場勵磁組件的相鄰磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向相反，兩個設(shè)置磁場勵磁組件的相對磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向相同，從而形成相對于磁鐵中心線對稱的磁場分布；所述的磁場勵磁組件包括作為主磁場勵磁的永磁鐵和作為輔助磁場勵磁的勵磁線包。
[0007]進一步，如上所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其中，不設(shè)置磁場勵磁組件的相對磁極之間的距離小于設(shè)置磁場勵磁組件的相對磁極之間的距離。
[0008]進一步，如上所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其中，所述的作為輔助磁場勵磁的勵磁線包是對作為主磁場勵磁的永磁鐵所勵磁的磁場進行小范圍調(diào)整；在所述永磁鐵所勵磁的磁場不需要調(diào)整時，可取消所述作為輔助磁場勵磁的勵磁線包。
[0009]進一步，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)生的磁場方向是指如果磁場方向指向磁鐵中心為正方向，如果磁場方向離開磁鐵中心為負方向。
[0010]進一步，如上所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其中，所述的作為主磁場勵磁的永磁鐵設(shè)置在磁極鐵芯內(nèi)部，磁極鐵芯中除永磁鐵以外的其它部分為軟磁材料；所述的作為輔助磁場勵磁的勵磁線包設(shè)置在磁極鐵芯的外側(cè)。
[0011]本實用新型的有益效果如下:本實用新型所提供的六極磁鐵，是在傳統(tǒng)六極磁鐵的基礎(chǔ)上刪除了相對的一對磁極的磁場勵磁，并縮短了這對磁極之間的距離，同時改變一對相鄰磁極的磁場勵磁方向。這種磁鐵能夠在X軸上所產(chǎn)生的磁場關(guān)于坐標原點對稱，磁場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>【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例中六極磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實用新型實施例的六極磁鐵磁場分布與現(xiàn)有技術(shù)的比較示意圖；
[0014]圖3為采用本實用新型的六極磁鐵形成的束流初始密度分布示意圖；
[0015]圖4為束流的光路不意圖；
[0016]圖5為光路末端束斑不意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0018]本實用新型是在傳統(tǒng)六極磁鐵的基礎(chǔ)上進行的改進，傳統(tǒng)六極磁鐵的六個磁極兩兩相對沿環(huán)形對稱設(shè)置，每個磁極外均設(shè)有勵磁線包，而且相對的兩個磁極之間的距離都是相等的，相鄰被勵磁的磁極內(nèi)的磁場方向相反，相對磁極內(nèi)的磁場方向也相反，這種六極磁鐵的磁場分布是關(guān)于經(jīng)過磁鐵中心線的平面對稱的，如圖2中的A曲線所示，磁場的大小與位置的平方成比例。
[0019]如圖1所示，本實用新型的技術(shù)方案是將六極磁鐵的一對相對的磁極1、2上的磁場勵磁去掉，并將一對相鄰的磁極3、4的勵磁磁場相對于傳統(tǒng)的六極磁鐵的勵磁磁場反向，使得設(shè)置磁場勵磁的4個磁極中的相鄰磁極內(nèi)的磁場方向相反，相對磁極內(nèi)的磁場方向相同，從而形成一種關(guān)于磁鐵中心線對稱的磁場分布，磁鐵中心線垂直于圖1紙面，位于磁鐵正中心。本實用新型在磁極上所設(shè)置的磁場勵磁組件包括作為主磁場勵磁的永磁鐵和作為輔助磁場勵磁的勵磁線包。主磁場勵磁是指磁場激勵的主要承擔者，其材料采用永磁鐵，其位置可置于磁極鐵芯內(nèi)的任意適當位置，只要能夠激勵圖1所示的磁場即可；輔助磁場勵磁是對主磁場勵磁所勵磁的磁場進行小范圍的調(diào)整，由通入勵磁線包的電流進行控制，例如在主磁場勵磁的實際勵磁強度偏離所需要的勵磁強度或束斑尺寸的變化要求磁場勵磁強度改變等情況，如果主磁場勵磁所勵磁的磁場不需要調(diào)整，則輔助磁場勵磁可取消。
[0020]所述的磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向是指如果磁場方向指向磁鐵中心為正方向，如果磁場方向離開磁鐵中心為負方向。磁場分布曲線為關(guān)于位置坐標的二次函數(shù)。傳統(tǒng)的六極磁鐵的磁場分布是關(guān)于經(jīng)過磁鐵中心線的平面對稱的，如圖2中的A曲線所示，磁場的大小與位置的平方成比例。本實用新型的磁場分布如圖2中的B曲線所示，在中心點的一側(cè)與A曲線相同，而另一側(cè)與A曲線的絕對值相等，但方向相反。本實用新型的場分布可以對兩邊的邊緣粒子都提供聚焦作用，相當于束流聚焦元件。傳統(tǒng)的六極磁鐵所形成磁場分布A曲線，對一邊的粒子聚焦，另一邊的則散焦，對束流有一個不均勻偏轉(zhuǎn)的效應(yīng)。
[0021]相對于傳統(tǒng)的六極磁鐵，本實用新型的去掉磁場勵磁的兩個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，相對的兩個磁極1、2之間的距離小于相對的兩個磁極3、6以及相對的兩個磁極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。
[0022]磁鐵磁極頭截面曲線與傳統(tǒng)的六極磁鐵的相同，為二元三次曲線。
[0023]本實用新型的磁鐵可以對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。
[0024]實施例
[0025]本實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)置磁場勵磁組件，其余磁極3、4、5、6上設(shè)置磁場勵磁組件。在兩個設(shè)置磁場勵磁組件7、10的相對磁極3、6內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向與另外兩個設(shè)置磁場勵磁組件8、9的相對磁極4、5內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向相反，相對磁極3、6 (或4、5)內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向相同，從而形成相對于磁鐵中心線對稱的磁場分布。磁場勵磁組件包括作為主磁場勵磁的永磁鐵11、12、13、14和作為輔助磁場勵磁的勵磁線包7、8、9、10，永磁鐵11、12、13、14分別設(shè)置在磁極3、4、5、6的鐵芯內(nèi)，勵磁線包7、8、9、1分別設(shè)置在磁極3、4、5、6鐵芯的外側(cè)，永磁鐵11、12、13、14是磁場激勵的主要承擔者，形成本實用新型所需要的磁場方向，勵磁線包7、8、9、10起到磁場的調(diào)整作用。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是本實用新型的六極磁鐵，一個磁鐵如圖1的位置放置，另一個磁鐵將圖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。
[0026]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若對本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種永磁束流均勻化六極磁鐵，磁鐵的六個磁極兩兩相對沿環(huán)形設(shè)置，其特征在于:兩個相對的磁極(1、2)上不設(shè)置磁場勵磁組件，其余磁極(3、4、5、6)上設(shè)置磁場勵磁組件；在兩個設(shè)置磁場勵磁組件的相鄰磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向相反，兩個設(shè)置磁場勵磁組件的相對磁極內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向相同，從而形成相對于磁鐵中心線對稱的磁場分布；所述的磁場勵磁組件包括作為主磁場勵磁的永磁鐵(11、12、13、14)和作為輔助磁場勵磁的勵磁線包(7、8、9、10)。
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)置磁場勵磁組件的相對磁極(1、2)之間的距離小于設(shè)置磁場勵磁組件的相對磁極(3、6)之間的距離。
3.如權(quán)利要求1或2所述的加速器用束流均勻化六極磁鐵，其特征在于:所述的作為輔助磁場勵磁的勵磁線包(7、8、9、10)是對作為主磁場勵磁的永磁鐵(11、12、13、14)所勵磁的磁場進行小范圍調(diào)整；在所述永磁鐵所勵磁的磁場不需要調(diào)整時，可取消所述作為輔助磁場勵磁的勵磁線包(7、8、9、10)。
4.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:所述的磁極(3、4、5、6)內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向是指如果磁場方向指向磁鐵中心為正方向，如果磁場方向離開磁鐵中心為負方向。
5.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:所述的作為主磁場勵磁的永磁鐵(11、12、13、14)設(shè)置在磁極鐵芯內(nèi)部，磁極鐵芯中除永磁鐵以外的其它部分為軟磁材料；所述的作為輔助磁場勵磁的勵磁線包(7、8、9、10)設(shè)置在磁極鐵芯的外側(cè)。
【專利摘要】本實用新型屬于加速器設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種加速器用永磁束流均勻化六極磁鐵。該六極磁鐵在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上取消了相對的一對磁極的磁場勵磁，并縮短了這對磁極之間的距離，同時改變一對相鄰磁極內(nèi)的磁場勵磁方向。磁場勵磁組件包括作為主磁場勵磁的永磁鐵和作為輔助磁場勵磁的勵磁線包。本實用新型能夠在X軸上所產(chǎn)生的磁場關(guān)于坐標原點對稱，磁場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】H05H7-04, H01F7-06
【公開號】CN204518207
【申請?zhí)枴緾N201520151412
【發(fā)明人】李金海, 任秀艷, 王思力
【申請人】中國原子能科學研究院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月17日