230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，该结构的磁极呈双层结构，下层为磁极根部，上层为与磁极根部同材质的导磁材料垫补板，所述的导磁材料垫补板固定在下层磁极根部的表面，上层导磁材料垫补板的凸出侧轮廓与下层磁极根部的凸出侧轮廓相比具有更大的反折角。本实用新型专利技术在不增加磁极半径的条件下，降低引出点前轴向共振频率νz，避免在引出点前穿越νz＝1的共振，防止由该共振造成的引出束流轴向品质变差，减小引出区的束流损失，进而减小加速器维护人员所受的辐照剂量。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于回旋加速器设计技术，具体涉及一种230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构。
技术介绍
根据回旋加速器的等时性原理，有式中，Bcenter是中心磁场，c为光速，ω0为粒子回旋频率，r为回旋半径。给定磁场与回旋频率Bcenter、ω0，由公式(1)可以给出理论等时场。根据公式(1)，回旋加速器等时性磁场随半径递增。等时性回旋加速器的自由振荡频率近似表达式为：式中调变度F由下式决定：其中，<B>＝α·Bhill+(1-α)·Bvalley(5)α为磁极所占的比例，Bhill、Bvalley分别为中心平面上峰区与谷区的磁场，一般来说，Bhill>Bvalley。<B>为半径r处的平均磁场。为了避免共振导致的束流损失，对于引出230MeV质子的中能回旋加速器，磁极的叶片数N≥4，因此(3)式近似为(6)式：式中由(7)式知，当回旋加速器平均磁场不再增加即附近的磁刚度最大，带入到(6)式中得到νr＝1附近磁刚度最大，即νr＝1共振附近的磁刚度体现了回旋加速器最大加速能量的大小，通常等时性回旋加速器选择在νr＝1半径之后引出，以便充分利用导向磁场。这时，由于回旋加速器平均磁场随半径递增到峰值后开始下降，引出点的磁场已经处在平均磁场随半径下降的区域。由(7)式可知，引出点附近n>0，而且随着平均磁场下降速度变快，n迅速变大。由(2)式可知，在引出点前有可能穿越νz＝1的共振。在引出点前穿越νz＝1的共振会造成轴向束流品质变差。为了降低引出点前轴向共振频率νz，根据(2)式，需要减小引出点前小区域内的场降落指数n；或者减小引出点前小区域内调变度F；或者减小引出点前小区域内螺旋角ξ。但减小场降落指数n意味着增加磁极半径，会导致引出系统设计困难，引出电压过高；局部小区域内调变度F变化非常缓慢无法满足局部变小的要求。减小引出点前小区域内螺旋角ξ在结构上存在困难。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，在不增加磁极半径(不影响引出系统设计)的条件下，降低引出点前轴向共振频率νz，避免在引出点前穿越νz＝1的共振。本技术的技术方案如下：一种230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，所述磁极呈双层结构，下层为磁极根部，上层为与磁极根部同材质的导磁材料垫补板，所述的导磁材料垫补板固定在下层磁极根部的表面，上层导磁材料垫补板的凸出侧轮廓与下层磁极根部的凸出侧轮廓相比具有更大的反折角。进一步，如上所述的230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，其中，所述的导磁材料垫补板的厚度小于所述磁极根部的高度。进一步，如上所述的230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，其中，所述的导磁材料垫补板通过螺栓固定在下层磁极根部的表面。进一步，如上所述的230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，其中，对于拥有多个磁极的回旋加速器，在每个磁极根部上设置的导磁材料垫补板的形状和尺寸相同。进一步，如上所述的230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，其中，通过加工所述导磁材料垫补板的外表面轮廓来局部精细调节引出区的磁场，改善束流在引出区的共振。本技术的有益效果如下：采用本技术的方案，在回旋加速器的磁场测量与垫补时，可以通过机加工导磁材料垫补板的侧面轮廓来局部精细调节引出区的磁场，改善束流在引出区的共振。本技术在不增加磁极半径(不影响引出系统设计)的条件下，降低引出点前轴向共振频率νz，避免在引出点前穿越νz＝1的共振，防止由该共振造成的引出束流轴向品质变差，减小引出区的束流损失，进而减小加速器维护人员所受的辐照剂量。附图说明图1为230MeV超导回旋加速器的结构示意图；图2为230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的磁极结构侧视图；图3为230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的磁极结构俯视图；图4为采用本技术的结构垫补磁极后磁场及粒子跟踪计算的结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。230MeV超导回旋加速器的结构如图1所示，图中1为磁极，呈螺旋形，这是本领域的公知技术。本技术所提供的230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的磁极结构，所述磁极设计成双层结构，如图2所示，下层为磁极根部2(即磁极的主体)，上层为与磁极根部2同材质的导磁材料垫补板3，所述的导磁材料垫补板3通过螺栓固定在下层磁极根部2的表面，导磁材料垫补板2的厚度H1远远小于磁极根部3的高度H2。下层磁极根部的凸出侧轮廓在引出区圆滑过渡，容易加工。由于导磁材料垫补板2的厚度H1远远小于磁极根部3的高度H2，更方便加工，因此，上层导磁材料垫补板的凸出侧轮廓与下层磁极根部的凸出侧轮廓相比可以加工出更大的反折角，用于避免引出区的有害共振，如图3所示，图中4为下层磁极根部凸出侧的轮廓，图中5为上层导磁材料垫补板凸出侧的轮廓。通过对上层导磁材料垫补板进行单独加工，在凸出侧轮廓处形成更大的反折角，然后将上层导磁材料垫补板通过螺栓与下层磁极根部的表面配合安装，这样就避免了对整个磁极进行加工的难度。而且回旋加速器的磁场测量与垫补时，可以通过机加工导磁材料垫补板2的外表面轮廓来局部精细调节引出区的磁场，改善束流在引出区的共振。对于拥有多个磁极的回旋加速器，在每个磁极根部上设置的导磁材料垫补板的形状和尺寸相同。可以通过加工所述导磁材料垫补板的凸出侧轮廓的反折角大小来调节引出区的磁场。实施例以某中能超导回旋加速器为例。该加速器有四个磁极叶片，磁极半径R＝860mm。根据磁场计算，为了避免引出点前穿越νz＝1的共振，从磁极半径r＝810mm开始出现反折角。下层磁极根部从磁极半径r＝770mm开始，磁极凸出一侧的轮廓圆滑过渡便于加工，上层导磁材料垫补板(厚度H1＝50mm)从磁极半径r＝770mm开始加工大的反折角，反折角约110度，用于调节引出区磁场，避免有害共振。图4计算结果表明，采用这样的导磁材料垫补板尺寸，在出引出区之前，都可以使得νz<1，避免了νz＝1的有害共振。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若对本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其同等技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，其特征在于：磁极呈双层结构，下层为磁极根部，上层为与磁极根部同材质的导磁材料垫补板，所述的导磁材料垫补板固定在下层磁极根部的表面，上层导磁材料垫补板的凸出侧轮廓与下层磁极根部的凸出侧轮廓相比具有更大的反折角。

【技术特征摘要】
2016.07.29 CN 20162081825681.一种230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，其特征在于：磁极呈双层结构，下层为磁极根部，上层为与磁极根部同材质的导磁材料垫补板，所述的导磁材料垫补板固定在下层磁极根部的表面，上层导磁材料垫补板的凸出侧轮廓与下层磁极根部的凸出侧轮廓相比具有更大的反折角。2.如权利要求1所述的230MeV超导回旋加速器防止引出区有害共振的机械结构，其特征在于：所述的导磁材料垫补板的厚度小于所述磁极根部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔涛，王川，李明，尹蒙，张天爵，吕银龙，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11