18 CYCIAE-100回旋加速器主磁铁电磁力和形变的数值模拟

在CYCIAE-100回旋加速器的整体设计中，满足各种束流动力学要求的磁场分布的实现是最为关键的环节之一。在紧凑型回旋加速器中，磁铁的形变将严重影响中心平面及其附近的磁场分布。导致磁铁变形的主要因素有磁铁自身的重力、电磁力和外界的大气压力。其中对于重力和电磁力引起的磁铁形变，如果变形足够小，可留待磁场测量和垫补阶段处理；如果变形较大，则需在设计阶段对气隙的结构尺寸加以补偿。而对于大气压力引起的磁铁变形，由于磁场测量是在非真空条件下进行，因此需详细分析这样的变形对磁场的影响，为大气下测磁数据的真空校正处理提供依据。总之，主磁铁的结构力学研究对于CYCIAE-100最终磁场达到高的精度有重要意义。     

一种基于伸展线法的小孔径四极磁铁测量方法

针对目前多极磁铁孔径越来越小的发展趋势，搭建了一种基于单根伸展线法(Single Stretched Wire Method,SSWM)的磁测系统，该系统的主要优势是测量域所需空间小且运动模式灵活。基于该系统的优势及四极磁铁磁场分布的特点，尝试使用双曲线轨迹对四极磁铁靠近其四个极头的区域进行了扫描测量，并根据矢势在测量点分布的特性，提出了一种全新的数据分析方法，用以分析四极磁铁的梯度积分和高阶场误差。用该系统对一孔半径为11 mm、梯度大于100 T·m^-1的四极磁铁进行测量，测量结果表明高阶场误差测量重复性好于±1.5×10^-4，能满足小孔径高梯度四极磁铁的磁场测量要求。     

SC200超导回旋加速器磁场垫补方法研究

考虑磁铁材料的非线性、不均匀性以及有限元数值计算的精度有限,在设计主磁铁时都留有一定裕量,在完成磁铁加工组装后,根据磁场的实际测量结果对磁铁进行垫补获得理想的目标磁场分布,这样可以保证工程稳妥实施。因此磁铁垫补是加速器主磁铁设计制造的一个重要环节。本文基于SC200主磁铁模型,利用有限元分析软件TOSCA,首先研究了不同的磁极切削参数对中平面主磁场的响应影响;其次考虑到相邻切槽对中平面磁场影响的叠加效应,从理论上推导出一种求解垫补量的方法;最后通过模拟的方法验证了磁场垫补的可行性,为将来实际磁场垫补提供了有效的依据。     

100 MeV紧凑型回旋加速器主磁铁的三维磁场有限元分析技术

100 MeV紧凑型回旋加速器主磁铁的几何结构十分复杂,但为了形成加速器束流动力学所要求的磁场分布,本文对初步设计的磁铁进行必要的简化。综合采用各种适当的三维有限元网格剖分技术,对该磁铁的磁场进行数值分析,计算精度满足加速器物理设计的要求。     

三座标磁场测量装置

本文介绍一台大尺寸磁铁的磁场空间分布测量装置。它可用于储存环和束流转运系统的弯转磁铁的磁场空间分布测量,也可用于其他类型大磁铁或分析磁铁的磁场空间分布测量。该装置配有高精度的霍尔片测磁探头,可沿上下、左右、前后三个方向移动,进行半自动测量。测磁探头的分辨率为万分之一,测磁精度好于万分之三。测量范围长1800 mm,     

100MeV回旋加速器主磁铁的施工设计和工程进展

CYCIAE一100主磁铁成品重量约为416t，所用钢水量约1000t，关键部件精加工精度要求达到0．05mm，磁场垫补加工精度要求好于0．02mrn，属重型大型精密磁铁，技术要求极具挑战性。2008年是主磁铁工程取得重要进展的一年，磁极毛坯件运抵院内；盖板和磁轭浇铸成功，粗加工完成；冷加工施工设计完成，招标并签订了冷加工合同。     

100 MeV回旋加速器的磁铁设计和建造准备

由于高频谐振腔、对中线圈和束流诊断装置的安装需要,要求磁极的间隙增加约1cm,显然在中心区和加速区的磁场分布都将改变,因此,为满足加速器的束流动力学的需要,必须在改变励磁安匝数的同时,重新设计磁极的间隙、镶条、芯柱等磁铁参数。在2005年,除了设计确定磁铁的几何参数、磁场分布外,许多工程方面的工作得到了推进,其中包括机械结构设计和建造的前期准备工作。1磁铁的基本几何结构和磁场分布100MeV回旋加速器的主磁铁为紧凑型磁铁、有四个直边扇形磁极,主磁铁的直径为6.16m,高2.31m,磁极的半径为2.0m,主磁铁的主要尺寸见参考文献[1],二…     

极坐标自动测磁装置

为了测量批量生产具有不同曲率半径的弯转磁铁,我们设计一种极坐标自动测磁装置,该装置可利用线圈或霍尔元件,对磁铁进行绝对测量和相对测量,用霍尔元件作绝对测量时,精度好于3×10~(-4),用长线圈作相对测量时,精度好于1×10~(-4),以用于检查批量生产磁铁的生产工艺的稳定性。     

BRIF—ISOL主磁铁的电磁力和形变计算

BRIF-ISOL系统的质量分辨率的设计值为20000。在此情况下，要求ISOL的磁铁磁场的均匀度应达到万分之一，然后经垫补实现十万分之一。磁场的均匀度和磁铁的设计加工有关，而磁铁在重力和磁力下的变形也会带来磁场分布的不均匀。ISOL束流光学系统包括7块二极磁铁。其中，偏转半径最大的主磁铁半径为2．5m，极面宽度46cm，最大极面磁感应强度0．5T。我们采用数值计算的办法计算了磁极面在电磁力和自身重量的影响下的形变。     

紧凑型回旋加速器中一种等时性磁场垫补算法

结合中国原子能科学研究院100 MeV回旋加速器中心区实验台架主磁铁镶条的垫补,发展了一种改进的多元线性回归磁场垫补算法.基于磁场测量系统实测的实验台架中心平面上的磁场分布以及有限元软件模拟数值计算的磁场,实现了这种改进的多元线性回归磁场垫补算法.该算法可适用于紧凑型回旋加速器中等时性磁场的垫补,以使所垫补的磁场满足回旋加速器束流动力学设计的要求.     

CSNS/RCS四极磁铁样机磁场仿真计算和谐波分析

中国散裂中子源快循环同步加速器(CSNS/RCS)的四极磁铁共48台,分为4种孔径,每种孔径磁铁制作1台样机。目前4台样机磁铁已完成加工制造并进行了直流旋转线圈磁场测量。初步直流磁场测量结果显示,3台样机的部分磁场谐波分量超过了设计要求,需进行补偿。采用三维仿真软件OPERA进行建模,并进行磁场计算,分析了谐波超差的原因,确定了磁场补偿方案,最终样机磁铁的磁场质量满足设计要求。     

Mapping System, Magnetic Measurement and Shimming in CRM of 100 MeV Cyclotron

在紧凑型回旋加速器中，由于主磁铁材料的不均匀性，磁铁加工和安装的非理想等因素将引起中心平面磁场的非理想分布，这样的非理想场在进行傅里叶展开时必定存在各次谐波。由于一次谐波的存在，束流包络将发生扭曲、振荡；同时，由于一次谐波的存在，将引起束流轨道中心的偏移，     

50 MeV负氢回旋加速器主磁铁设计研究

本文介绍了50 MeV负氢回旋加速器（CYCIAE-50）的总体设计考虑和主磁铁系统的优化设计过程及结果。确定了CYCIAE-50主磁铁的主要尺寸参数,建模计算出满足等时性的主磁铁中心平面磁场。通过调整参数,优化了主磁铁的峰值磁场、局部饱和等,以控制建造及运行成本。优化了磁极张角与磁气隙高度等参数,使负氢离子满足轴向和径向的聚焦要求,避免穿越有害共振。最后对主磁铁的结构进行形变校核,并估计了形变对束流动力学的影响。设计结果表明,CYCIAE-50的主磁铁设计符合要求,可为后续其他系统的设计和建造提供重要参考。     

230 MeV超导回旋加速器测磁线圈校准

正磁场测量与垫补系统是230 MeV超导质子回旋加速器主磁铁系统的子系统之一。目前,230 MeV超导质子回旋加速器主磁铁、线圈、配套电源均已完成加工,磁场测量工作即将展开。磁能量法是加速器中常用的磁场测量方法。磁能量法原理简单,但误差来源较丰富,需要对感应线圈探头的面积进行标定。利用回旋加速器研究设计中心临时厂房的标准C型二极铁提供高均匀度磁场,校准时利用NMR测量探头进行磁场标定。通过多次校准,经计算后取平均值可得到感应线圈的面积与厂家所     

兰州重离子加速器冷却储存环磁场测量系统

文章涉及兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL CSR)的磁场测量系统。对霍尔片点测量系统、积分长线圈测量系统和谐波线圈测量系统的构成、控制与获取系统,以及新建成设备和探头的结构特点、参数作了详细描述。本测磁系统的精度和重复性完全满足CSR大型高精度磁铁测量的需要,已经完成了对CSRm注入线所有二极磁铁和四极磁铁的测量,正在进行其它各类磁铁的测量。     

50 MeV负氢回旋加速器主磁铁设计研究

本文介绍了50 MeV负氢回旋加速器(CYCIAE-50)的总体设计考虑和主磁铁系统的优化设计过程及结果。确定了CYCIAE-50主磁铁的主要尺寸参数,建模计算出满足等时性的主磁铁中心平面磁场。通过调整参数,优化了主磁铁的峰值磁场、局部饱和等,以控制建造及运行成本。优化了磁极张角与磁气隙高度等参数,使负氢离子满足轴向和径向的聚焦要求,避免穿越有害共振。最后对主磁铁的结构进行形变校核,并估计了形变对束流动力学的影响。设计结果表明,CYCIAE-50的主磁铁设计符合要求,可为后续其他系统的设计和建造提供重要参考。     

多路温度监测系统研制

本论文主要讲述了一种服务于CSR磁场安全的多路(64路)磁铁温度测量系统.根据CSR工程的要求,该温度测量系统能对磁铁线圈中的数百个点进行测温,并达到±1℃的测温精度.文中详细阐述了以MSP430F149为主控芯片的系统软硬件的研究、设计和实现.     

100 MeV回旋加速器中心区实验台架主磁铁的测磁仪和磁场测量与垫补

100MeV回旋加速器中心区实验台架是用于加速负氢离子的紧凑型回旋加速器装置，它的中心平面磁场分布范围跨度较大，要求作为检测磁场分布和磁场垫补惟一手段的磁场测量应具有很高的精度、稳定性和重复性。     

100 MeV强流质子回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁设计

加速器引出束流分布一般都是高斯分布,而在很多束流应用中都需要均匀分布的束流,为此目的设计了旋转扫描磁铁。旋转扫描磁铁形成一垂直于束流传输轴向均匀旋转磁场,在该磁场作用下,通过旋转扫描磁铁的束流也会随磁场的旋转而旋转,从而提高束流的均匀度。其旋转过程如图1所示。外两相电流都是相同的直流电,这种情况下所形成的磁场方向不会变化,可用特斯拉计进行测量,其具体结果如图4所示。由图可见,理论计算和实际测量值间的误差小于2.2Gs,精度约1%,该旋转扫描磁铁即将在30MeV回旋加速器的123I束流线上试用,也用于100MeV回旋加速器的质子…     

合肥光源储存环铁氧体冲击磁铁涡流模型与分析

铁氧体冲击磁铁是国家同步辐射实验室二期工程注入系统改造课题中关键注入部件之一 ,其主要功能是产生微秒量级均匀的脉冲磁场。文章介绍了铁氧体冲击磁铁设计过程中建立的涡流问题的数学模型及关于涡流问题分析。数值计算结果表明 :选择合理的铁氧体电导率和磁芯结构参数 ,可以基本消除磁芯中涡流对脉冲磁场分布的影响。冲击磁铁脉冲磁场测量结果表明 ,合肥光源储存环铁氧体冲击磁铁设计是合理的