一种强流圆型加速器引出结构与方法技术

本发明专利技术公开了一种强流圆型加速器引出结构，该引出结构布设在加速器外圈相邻两组周期性产生扭摆轨道的磁铁组件之间的长漂移节中，并且该引出路径中还布设有切割磁铁；还公开了一种方法：置束流被高聚焦引出的磁铁组件；设置束流被高效率引出的高频加速系统；将束流引出结构布设在加速器两磁铁组件之间的长漂移节中；本发明专利技术给出了一种强流圆型加速器引出结构与方法，通过以束流被高聚焦力引出作为基础、以束流被高效率引作出为基础，保证了引出结构布设在长漂移节中的可行性和必要性；同时，将引出结构布设在长漂移节中，并且在引出结构中布设切割磁铁，不仅提供了排布引出结构元件的充足空间，还解决了静电偏转板很难将高能量束流引出的问题。

A Structural and Method of High Current Circular Accelerator Extraction

The invention discloses a high-current circular accelerator lead-out structure, which is arranged in a long drift joint between two groups of magnet assemblies which periodically generate torsional orbits in the outer ring of the accelerator, and a cut magnet is also arranged in the lead-out path; a method is also disclosed: the magnet assemblies whose beam current is drawn out by high focusing; and the high-frequency acceleration whose beam current is drawn out by high efficiency. The invention provides a high-current circular accelerator extraction structure and method, which guarantees the feasibility and necessity of deploying the extraction structure in the long drift section by taking the beam extraction by high focusing force as the basis and the beam extraction by high efficiency as the basis. The arrangement of cutting magnets in the long drift section and in the lead-out structure not only provides sufficient space for the arrangement of the lead-out structural elements, but also solves the problem that it is difficult for the electrostatic deflection plate to lead out the high energy beam.

【技术实现步骤摘要】
一种强流圆型加速器引出结构与方法
本专利技术属于加速器
，尤其涉及一种强流圆型加速器引出结构与方法。
技术介绍
高功率束流的高效率引出是回旋加速器的关键问题之一。高功率束流引出将引出能量从1GV以下达到2GV以上，2GV以上的高能量束流引出要求引出结构元件如静电偏转板、偏转磁铁、四极聚焦的尺寸也相应增大；同时，高能量束流引出还使得束流磁刚度大，束流磁刚度大要求加速器的静电偏转装置进行相应的改造以适应高能量引出的需求。但在现有回旋加速器中，由于没有长漂移节(加速器相邻磁铁之间的无磁场空间)，造成引出结构元件排布空间紧张；还由于传统回旋加速器的引出结构中只依靠静电偏转板矫正粒子方向，很难将高能量束流引出，因此，传统回旋加速器的引出结构不适合高能量束流引出要求。然而，传统引出结构不适合高能量束流引出，不仅仅在于没有长漂移节，还因为长漂移节是一块无磁场空间，束流在无磁场空间中的原始运动轨迹是一条直线，由于在长漂移节中没有磁场引导，束流在长漂移节中运动相比在短漂移节中运动更容易使粒子失散而偏离引出路径的轨道，因此，将引出结构放置在长漂移节中的关键问题是设计合理的磁铁组件，使得粒子即使在长漂移节的无磁场空间中也不会因为聚焦力下降、或过聚焦而失散。传统加速器引出结构不适合高能量束流引出的第二点原因是：即使将引出结构放置在长漂移节中，但由于传统加速器圈间距小，所述圈间距是指加速器最外圈和上一圈的束流轨道之间的间距比较小，圈间距小意味着能量增益小，束流引出效率低，因此，即使传统回旋加速器引出结构有了长漂移节也会因为束流引出效率低而达不到2GV引出能量的要求。专利技术内容本专利技术针对现有技术的不足，提出一种强流圆型加速器引出结构与方法，目的在于解决传统圆形加速器引出结构缺乏合理的聚焦力环境基础、缺乏高圈能量增益环境基础、没有长漂移节引出结构排布空间紧张、静电偏转板很难将高能量束流引出的问题。本专利技术为解决其技术问题采取如下技术方案：一种强流圆型加速器引出结构，该引出结构的基础为该加速器的周期性产生扭摆轨道的磁铁组件以及高频加速系统，所述周期性产生扭摆轨道的磁铁组件用于合理设置轴向和径向聚焦力以得到注入引出所需的长直线节，所述高频加速系统用于提高束流被引出过程中的圈能量增益；所述引出结构以加速器外圈为起点并与加速器外圈成一定角度向背离加速器圆心的方向引出束流，该引出结构路径上布设有静电偏转板、四级聚焦透镜、偏转磁铁，其特征在于：该引出结构布设在加速器外圈相邻两组周期性产生扭摆轨道的磁铁组件之间的长漂移节中，并且该引出路径中还布设有切割磁铁。所述长漂移节长度为能够使加速器引出能量达到1GV以上的漂移节的长度，该漂移节长度包括一米及一米以上；所述长漂移节分别位于沿加速器圆周方向相邻两组周期性扭摆磁铁之间的无磁场空间中，其中，一个长漂移节用于束流的注入和引出，其余长漂移节用于放置大功率的高频加速系统。所述切割磁铁是一种强磁场、小尺寸的偏转磁铁，由于高能量的束流磁刚度大，只依靠静电偏转板很难将束流引出，使用切割磁铁来实现束流更大角度的偏转。所述的周期性产生扭摆轨道的磁铁组件包括两个用于增强径向聚焦力的正向偏转磁铁和一个用于增强轴向聚焦力的反向偏转磁铁，所述的反向偏转磁铁布设在两个正向偏转磁铁之间且磁极相反，所述正向、反向偏转磁铁均为大半径范围变磁气隙的磁铁结构，所述变磁气隙结构既是上下磁极之间的距离随着加速器半径的加长而缩短，或者该磁铁组件各个磁铁的磁场强度为半径方向的多项式。所述用于提高束流圈能量增益的高频加速系统由布设在各个长漂移节的高频腔体组成，每个长漂移节的高频腔体的数量为2个或2个以上，且2个或2个以上的高频腔体相互之间构成一定的角度，该角度用于实现同一个漂移节内不同位置高频腔体或不同漂移节相同位置腔体在粒子达到各自中心点时均保持0度相位，所述高频加速系统能够使圈能量增益高达10MV以上。一种强流圆型加速器引出结构的束流引出方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：合理设置包含长直线节的强聚焦磁铁组件；步骤二：设置提供大的圈能量增益的高频加速系统；步骤三：将束流引出结构布设在加速器两磁铁组件之间的长漂移节中；步骤四：在长漂移节中放置静电偏转板，将束流偏转一定角度；步骤五：束流漂移一段距离后，切割磁铁将束流偏转更大的一个角度；步骤六：束流继续漂移一段距离后，强磁场的偏转磁铁将束流偏出，并经过四极磁铁的聚焦，完成束流的引出。本专利技术的优点效果本专利技术给出了一种强流圆型加速器引出结构与方法，可以实现束流的高效率引出：通过以束流被合理聚焦力引出作为基础：在长漂移节中设置周期性产生扭摆轨道的磁铁组件，在两个正向偏转磁铁中间设置一个反向偏转磁铁，合理设置了聚焦力的强度；通过以束流被高效率引作出为基础：以增大圈能量增益的方式来提高圈间距，提高了束流的引出效率；通过以高聚焦力和高引出效率为引出结构的基础，保证了引出结构布设在长漂移节中的可行性和必要性；同时，将引出结构布设在长漂移节中，并且在引出结构中布设切割磁铁，不仅提供了排布引出结构元件的充足空间，保证了束流的高效率引出，还解决了传统回旋加速器的引出结构中只依靠静电偏转板矫正粒子方向，很难将高能量束流引出的问题。附图说明图1为本专利技术强流圆型加速器引出结构示意图；图2为本专利技术束流引出轨迹效果图。图中，1：周期性产生扭摆轨道的磁铁组件；1-1：正向偏转径向聚焦磁铁；，1-2：反向偏转轴向聚焦磁铁；2：高频加速腔；3：注入结构偏转磁铁；4：注入结构四级聚焦磁铁；5：注入结构静电偏转版；6：引出结构切割磁铁；7：引出结构四级聚焦磁铁；8：引出结构偏转磁铁；9：引出结构静电偏转版。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述：专利技术原理1、本专利技术一种强流圆型加速器引出结构设计原理：该原理概括为一句话：基于两个基础和两种改进。第一个基础是周期性产生扭摆轨道的磁铁组件，该组件由于加入了反向磁铁，在保证平均磁场不变的情况下，使得正、反向磁场强度增高，由于采用加权平均法计算平均磁场，即使正、反向磁场强度增高，但加权平均后正负相抵，平均磁场仍然不变，由于正、反向磁场变化率增高，使得径向、轴向聚焦力合理增强，因此，当引出结构布设在长漂移节中时，长漂移节中的束流不会因为长漂移节是一个无磁场空间而使得束流由于聚焦力不足或过聚焦而发散，从而保证了引出结构布设在长漂移节的可行性。第二个基础是高频加速系统，该高频加速系统用于提高粒子的引出效率。该高频加速系统由环绕布设在加速器圆周上的每个长漂移节中的2个或2个以上高频加速腔组成，每个长漂移节内的高频加速腔相互构成一定的角度，该角度称之为等0度相位角度，从而保证粒子在经过每个高频腔的中心点时都能得到该高频腔体给予粒子的最大能量，进而提高圈能量增益、束流引出效率高。束流引出效率提高，则要求引出结构元件如静电偏转板、偏转磁铁、四极聚焦的尺寸也相应增大，从而保证了引出结构布设在长漂移节的必要性。第一种改进是将引出结构布设在长漂移节中，包括将引出结构的静电偏转板、切割磁铁、偏转磁铁、四极聚焦铁布设在长漂移节中，由于长漂移节满足了增大尺寸的排布元件的排布需求，从而保证了2GV及以上引出能量的引出结构的需求。第二种改进是在引出路径中增设切割磁铁。切割磁铁是一种强磁场、小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强流圆型加速器引出结构，该引出结构的基础为该加速器的周期性产生扭摆轨道的磁铁组件以及高频加速系统，所述周期性产生扭摆轨道的磁铁组件用于增强束流被引出过程中的轴向和径向聚焦力，所述高频加速系统用于提高束流被引出过程中的圈能量增益；所述引出结构以加速器外圈为起点并与加速器外圈成一定角度向背离加速器圆心的方向引出束流，该引出结构路径上布设有静电偏转板、四级聚焦透镜、偏转磁铁，其特征在于：该引出结构布设在加速器外圈相邻两组周期性产生扭摆轨道的磁铁组件之间的长漂移节中，并且该引出路径中还布设有切割磁铁。

【技术特征摘要】
1.一种强流圆型加速器引出结构，该引出结构的基础为该加速器的周期性产生扭摆轨道的磁铁组件以及高频加速系统，所述周期性产生扭摆轨道的磁铁组件用于增强束流被引出过程中的轴向和径向聚焦力，所述高频加速系统用于提高束流被引出过程中的圈能量增益；所述引出结构以加速器外圈为起点并与加速器外圈成一定角度向背离加速器圆心的方向引出束流，该引出结构路径上布设有静电偏转板、四级聚焦透镜、偏转磁铁，其特征在于：该引出结构布设在加速器外圈相邻两组周期性产生扭摆轨道的磁铁组件之间的长漂移节中，并且该引出路径中还布设有切割磁铁。2.根据权利要求1所述的一种强流圆型加速器引出结构，其特征在于：所述长漂移节长度为能够使加速器引出能量达到1GV以上的漂移节的长度，该漂移节长度包括一米及一米以上；所述长漂移节分别位于沿加速器圆周方向相邻两组周期性扭摆磁铁之间的无磁场空间中，其中，一个长漂移节用于束流的注入和引出，其余长漂移节用于放置大功率的高频加速系统。3.根据权利要求1所述的一种强流圆型加速器引出结构，其特征在于：所述切割磁铁是一种强磁场、小尺寸的偏转磁铁，由于高能量的束流磁刚度大，只依靠静电偏转板很难将束流引出，使用切割磁铁来实现束流更大角度的偏转。4.根据权利要求1所述的一种强流圆型加速器引出结构，其特征在于：所述的周期性产生扭摆轨道的磁铁组件包括两个用于增强径向聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，边天剑，张天爵，安世忠，王川，王飞，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11