【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于变场梯度的束流引出系统，属于加速器。
技术介绍
1、同步加速器慢引出束流在航天、材料、医学、农业、生物等领域应用广泛。例如，开展航天电子元器件特别是电子器件整机的单粒子效应辐照研究；研究粒子在生物体和半导体材料中的辐照效应规律；可用于核孔膜的生产和粒子癌症治疗领域，对促进我国社会经济相关领域的发展具有重大意义。
2、目前，同步加速器的常用慢引出系统是利用非线性磁场激发共振粒子沿着界轨运动，引出束进入静电偏转板，通过加载百千伏高压对引出束进行偏转，在切割磁铁入口，引出束和循环束产生一定的分离高度。由于受到尖端放电打火和加工工艺水平的限制，通常静电偏转板有效长度≤1.5m，梯度场≤100kv/cm，在有限的长度内静电偏转板能提供的踢角是一定的，因此产生的分离高度十分有限，通常分离高度内需要放置：接受度包络+闭轨量+引出束真空管道+引出切割磁铁线规+切割磁铁漏场屏蔽层+切割磁铁线规与屏蔽层压板等。要引出高能量的束流，切割磁铁需要更大的线规与更厚的屏蔽层导致分离高度增加，只能增加静电偏转板的长度与数量，这提高了静电偏转板的加工难度和纵向占用空间。同时，静电偏转板将运行在更高的电压，安全风险极大。由于受到预分离高度的限制，第一台切割磁铁因漏场等原因导致产生的磁场较低，偏转能力受到限制，需要第二台、第三台甚至更多台切割磁铁才能实现引出束完全从同步加速器中分离，这导致切割铁数量多，纵向占用空间大，引出系统设计难度大。因此，由于引出元件静电偏转板与切割磁铁需要占用较大的纵向空间，限制了同步加速器周长的缩短，导致
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供一种基于变场梯度的束流引出系统。该系统在二极磁铁内设置循环束通道与引出束通道，主线圈用于在两个通道中产生主磁场，次级线圈仅用于在引出通道产生次级磁场以抵消部分主磁场，因此引出束通道将产生与循环束通道不同的梯度场，当束流通过二极磁铁的引出束通道时，由于磁场下降将受到向外的偏转力。由于二极磁铁自身长度长，偏转角度大，因此在引出束通道中产生较小的梯度场能在切割磁铁入口处产生足够大的分离高度。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种基于变场梯度的束流引出系统，包括：
4、若干束流偏转单元和若干直线段，若干所述束流偏转单元间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转，每个所述束流偏转单元内均设置有主线圈，用以形成循环束通道；
5、若干直线段，依次形成于若干所述束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出；
6、其中，束流引出的所述直线段上设置有引出切割磁铁，沿束流方向与束流引出的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有引出静电偏转板或踢轨磁铁，位于所述引出静电偏转板或踢轨磁铁下游的所述束流偏转单元内还设置有次级线圈，用以形成引出束通道，或者；
7、沿束流方向与束流引出的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有引出静电偏转板或踢轨磁铁，位于所述引出静电偏转板或踢轨磁铁下游的所述束流偏转单元内还设置有次级线圈，用以形成引出束通道。
8、所述的束流引出系统，优选地，所述主线圈套设在所述次级线圈的外部，二者的轴向长度一致，或者；
9、所述主线圈套设在所述次级线圈的外部，所述次级线圈的轴向长度小于所述主线圈的轴向长度，且所述次级线圈位于靠近所述引出切割磁铁的一端，或者；
10、所述次级线圈与所述主线圈相互独立布置、互不重叠，二者的轴向长度一致，或者；
11、所述次级线圈与所述主线圈相互独立布置、互不重叠，所述次级线圈的轴向长度小于所述主线圈的轴向长度，且所述次级线圈位于靠近所述引出切割磁铁的一端。
12、所述的束流引出系统，优选地，束流经过所述次级线圈后，在所述引出切割磁铁入口处产生的分离高度δx，计算公式如下：
13、δx＝1/2·l·(δb/b0·θ)
14、式中，l为二极磁铁的长度；θ为二极磁铁的偏转角度；b0主线圈所产生的主磁场；δb为磁场变化量。
15、所述的束流引出系统，优选地，通过调节所述次级线圈的电流从而实现δb的自由调节，以满足所述引出切割磁铁入口处的分离高度需求。
16、所述的束流引出系统，优选地，δb＝b1-b0，其中，b1为所述引出束通道内的磁场。
17、所述的束流引出系统，优选地，δb/b0所占的比例范围为0.5％～30％，根据分离高度δx而定。
18、所述的束流引出系统，优选地，所述束流偏转单元和所述直线段的数量均为八，分别为第一至第八束流偏转单元和第一至第八直线段；
19、其中，所述第一直线段中设置有所述引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述第二直线段中设置有所述引出切割磁铁，所述第一束流偏转单元内设置有所述次级线圈，或者；
20、所述第一直线段中设置有所述引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述第一束流偏转单元内设置有所述次级线圈。
21、所述的束流引出系统，优选地，所述第八直线段上设置有高频加速腔体，用于对束流进行加速。
22、所述的束流引出系统，优选地，所述第四直线段和第八直线段上均设置有一块六极磁铁。
23、所述的束流引出系统，优选地，所述第二直线段、所述第四直线段、所述第六直线段以及所述第八直线段上均设置有两块四极磁铁。
24、本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
25、1、本专利技术所涉及的束流引出系统，在二极磁铁内设置循环束通道与引出束通道，利用二极磁铁次级线圈在引出通道产生的磁场抵消部分主线圈产生的磁场，束流进入引出通道后因磁场下降而受到向外的偏转力，从而在切割磁铁入口处产生足够的分离高度。
26、2、本专利技术在切割磁铁入口处产生足够的分离高度，可以通过调整次级线圈电流而大范围调节，以满足切割磁铁的设计需求。若引出束流能量低，即引出磁刚度小，甚至可以不需要后续引出切割磁铁，实现引出束从同步加速器中完全分离，实现更加紧凑的同步加速器布局。
27、3、二极磁铁是光学设计的基本元件，自身会占用纵向空间。二极磁铁内设置引出通道，相当于用二极磁铁代替引出切割磁铁的功能，可以有效减小引出切割磁铁所需空间。另外一方面，由于二极磁铁的长度与偏转角度大，较小的梯度场可以在引出切割磁铁入口处产生较大的分离高度，可以充分发挥切割磁铁高磁场作用，从而实现与同步加速器快速分离。这样不仅可以减少切割磁铁的数量，显著降低纵向占用空间，大幅缩短同步加速器的周长。同时，由于引出切割磁铁空间充足，可以优化线规以得到更合理的电参数，降低电源设计难度，降低引出系统造价。
28、4、与常规的引出系统方案相比，本专利技术的束流引出系统所需的二极磁铁往外的孔径尺寸更小，有利于减小二极磁铁的尺寸与重量，从而降低磁铁系统造价。本专利技术的束流引出系统，可以大幅减小切割磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于变场梯度的束流引出系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的束流引出系统，其特征在于，所述主线圈套设在所述次级线圈的外部，二者的轴向长度一致，或者；
3.根据权利要求1所述的束流引出系统，其特征在于，束流经过所述次级线圈后，在所述引出切割磁铁入口处产生的分离高度Δx，计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的束流引出系统，其特征在于，通过调节所述次级线圈的电流从而实现ΔB的自由调节，以满足所述引出切割磁铁入口处的分离高度需求。
5.根据权利要求4所述的束流引出系统，其特征在于，ΔB＝B1-B0，其中，B1为所述引出束通道内的磁场。
6.根据权利要求5所述的束流引出系统，其特征在于，ΔB/B0所占的比例范围为0.5％～30％，根据分离高度Δx而定。
7.根据权利要求1所述的束流引出系统，其特征在于，所述束流偏转单元和所述直线段的数量均为八，分别为第一至第八束流偏转单元和第一至第八直线段；
8.根据权利要求7所述的束流引出系统，其特征在于，所述第八直线段上设置有高频加速腔体，用于对束
9.根据权利要求7所述的束流引出系统，其特征在于，所述第四直线段和第八直线段上均设置有一块六极磁铁。
10.根据权利要求7所述的束流引出系统，其特征在于，所述第二直线段、所述第四直线段、所述第六直线段以及所述第八直线段上均设置有两块四极磁铁。
...【技术特征摘要】
1.一种基于变场梯度的束流引出系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的束流引出系统，其特征在于，所述主线圈套设在所述次级线圈的外部，二者的轴向长度一致，或者；
3.根据权利要求1所述的束流引出系统，其特征在于，束流经过所述次级线圈后，在所述引出切割磁铁入口处产生的分离高度δx，计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的束流引出系统，其特征在于，通过调节所述次级线圈的电流从而实现δb的自由调节，以满足所述引出切割磁铁入口处的分离高度需求。
5.根据权利要求4所述的束流引出系统，其特征在于，δb＝b1-b0，其中，b1为所述引出束通道内的磁场。
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建成，阮爽，申国栋，张京京，赵丽霞，李长春，潘永祥，郑亚军，王耿，柴伟平，夏佳文，詹文龙，马桂梅，刘杰，蔡付成，丁潇，王儒亮，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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