Электромагнит бетатрона

Электромагнит бетатрона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЕТАТРОНА,содержащий ферромагнитный магнитопро-вод Ш-образного типа и намагничивающую обмотку, расположенную на стойках и ярмах магнитопровода, о т " личающийся тем, что, с целью увеличения рабочего магнитного потока бетатрона при неизменном поперечном сечении электромагнита, полюс электромагнита выполнен в виде двух полукругов, разделенных воздушным промежутком, часть которого по ширине центральных вкладышей заполнена ферромагнитным материалом.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 291656

) ) )ю), у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ у дд

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 1368654/26-25 . (22) 21. 10.69 (46) 23;10.87. Бюл. М 39 (71) Научно-исследовательский инсти— тут ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С, M. Кирова (72) А. А. Звонцов, В. Л. Чахлов и Л, M. Ананьев (53) 621.384.66(088.8) (54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТ БЕТАТРОНА, содержащий ферромагнитный магнитопровод Ш-образного типа и намагничивающую обмотку, расположенную на стойках и ярмах магнитопровода, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения рабочего магнитного потока бетатрона при неизменном поперечном сечении электромагнита, полюс электромагнита выполнен в виде двух полукругов, разделенных воздушным промежутком, часть которого по ширине центральных вкладышей заполнена ферромагнитным материалом, 29lb5b о ф

Š= ——

dt (2) Е х 300 rî о — 0,51

Изобретение относится к области ускорителей заряженных частиц и может использоваться при разработке бетатрона, Известен электромагнит бетатрона, содержащий ферромагнитный магнитопровод Ш-образного типа и намагничивающую обмотку, расположенную на стойках и ярмах магнитопровода.

Цель изобретения — увеличение магнитного потока бетатрона при неизменном поперечном сечении электромагнита.

Для этого полюс электромагнита выполнен в виде двух полукругов, разделенных воздушным промежутком, часть которого по ширине центральных вкладышей заполнена ферромагнитным материалом.

В настоящее время для каротажа скважин, широко применяют в качестве источников жесткого -излучения ра-, диоактивные изотопы. Использование ускорителей электронов как источников тормозного излучения с максимальной энергией 4 — 7 ИэВ позволит значительно повысить глубинность и точность каротажа. Однако габариты существующих ускорителей с максимальной энергией 4 — 7 МэВ не позволяют располагать их в скважине, диаметр которой не превышает 100 мм.

Из всех известных ускорителей электронов на такую энергию индукционный ускоритель типа бетатрон имеет наименьшие габариты, Все основные узлы бетатронной установки за исключением магнитной системы можно расположить в герметизированном корпусе цилиндри. ческой формы, Расположение электро-: магнита вызывает существенные затруднения. В известном ускорителе электромагнит бетатрона располагают так, что ось симметрий полюса перпендикулярна оси симметрии .скважины. Но и при таком расположении электромагнита энергия ускоренных электронов будет ограничена, так как связь между энергией ускоренных электронов и радиусов равновесной орбиты определяется по выражению где Š— энергия, МэВ;

Во — поле на равновесной орбите.

Иаксимальная величина энергии ускоренных электронов будет определяться выражением (1) при выбранном r u

В на орбите. С другой стороны величина Е определяется величиной ЭДС индукции, определяемой по выражению где 4 — магнитный поток, охватываемый орбитой; Следовательно, для получения

1.0 необходимого приращения энергии Е кой

-E необходимо выполнение следующего вйражения дЕ = — (нф) .

1 (3)

15 с

Из выражения (3) следует, что чем больше приращение энергии лЕ, тем большим должно быть изменение магнитного потока sf, охватываемого орбитой. Увеличение 4 ф при неизменном

% радиусе равновесной орбиты r требует увеличения В на орбите, Увеличение поля на орбите приводит к еще более сильному увеличению поля цент25 рального сердечника, так как должно быть выполнено бетатронное соотношение, равное, в случае азимутальносимметрического поля, 2:l. Увеличе,ние поля центрального сердечника приводит к его насыщению, в резуль,тате нарушается бетатронное соотношение. Поэтому в существующих бетатронах поле на орбите составляет

3000 — 5000 Гс °

Из выражения (2) видно что наУ пряжение индукции в некоторой точке орбиты определяется не изменением поля, существующего на орбите, а изменением общего магнитного потока, пронизывающего площадь орбиты. Следовательно, необходимо так деформиро. вать орбиту, чтобы внутри орбиты пропустить достаточно большой магнитный поток, который требуется для

45 ускорения частиц до заданной энергии, При этом наружный радиус полюса r„ не должен быть больше чем г ок

Для этого полюс бетатрона необходимо выполнить из 2-х полукругов, 5 отстоящих друг от друга на расстоянии 1, а центральную часть промежутка по ширине центральных вкладышей (галет) заполнить ферромагнитным материалом, Предлагаемое изобретение поясняет ся чертежом, на котором приведена конструкция полюса.

Управляющее поле будет существовать только на круговой части орби29)656 ты, а его форма должна обеспечить устойчивость по z u r направлениям, т.е. градиент поля "и" должен быть выбран из условия 0 (п c 1.

Длину воздушного промежутка 1 вы5 бирают таким образом, чтобы обеспечить устойчивость движения частиц в целом.

Чтобы орбита в процессе ускорения оставалась неизменной, необходимо выполнение следующего условия

Д 2 nS 3Bz — — (4)

at . п д с

15 где П

S периметр орбиты; — площадь, охватываемая орбитой;

Bz — поле, усредненное по поверхности, охватываемой орбитой, 1

Бетатронное соотношение будет иметь вид

40 (6) 1 + cos.Vn-g лР го

6 - sin %-4 где q - угловой размер криволинейного участка

Bz{t) 2 (1 + с1)

В„(t) 1+ 2« ЗО где Ф вЂ” коэффициент формы орбиты;

 — поле на круговой части орбиты.

Анализ бетатронных колебаний для синхротрона типа "рейстрек" позволя- 35 ет определить предельную длину прямолинейного участка без учета полей рассеяния. Предельная длина должна выбираться из выражения

n — градиент поля на криволинейном участке при у= и 1„= (1 4 2)г, что соответствует о 0,45 — 0,6.

Поскольку в воздушных промежутках будут существовать поля рассеяния, длину промежутков видимо следует уменьшить, так как будет наблюдаться снос пучка. Угловой снос пучка можно определить по выражению

6=—

r, 1в() sz, 0

В(1) где В(1 = — — распределение полей

В рассеяния по прямолинейной части орбиты.

Определив угловой снос пучка, можно на соответствующий угол подрезать края заворачивающей части магнита (см. фиг.). Следовательно, реальная равновесная орбита будет иметь форму эллипса, Предлагаемая конструкция бетатрона позволяет, оставляя неизменным поперечное сечение электромагнита бетатрона,. увеличить энергию ускоренных электронов за счет некоторого увеличения его длины. Как показали расчеты, при использовании, например, сплава 49КФВИ (индукция насыщения

2,3 тл), можно изготовить бетатрон предлагаемой конструкции на. энергию

4,5 мэв, наружный диаметр которого не будет превышать 10 см. При этом радиус орбиты r на заворачивающем участке орбиты будет равен 3 см при индукции поля на этом участке орбиты

0,56 тл, а индукция в области центральных вкладьппей 2,3 тл. Величина

d принята,. равной 0,25; Для бетатрона с круговой орбитой при ro = 3 см максимальная энергия при прочих равных условиях составит около 3,: МэВ.