二极铁磁场一阶和二阶梯度指数修正研究

在高质量分辨率离子光学系统的设计中，光学系统元件像差干扰了带电粒子的运动轨迹，使高分辨率获得往往变得十分困难。采用所谓的α线圈和β线圈可以有效地在磁场径向产生一阶梯度和二阶梯度。改变一阶梯度的叫α修正线圈，改变磁场二阶梯度的叫β修正线圈。     

BRISOL谱仪关键技术研究

HI-13串列加速器升级工程在线同位素分离器（BRISOL）需对同质异位素进行分辨,谱仪设计质量分辨率为20 000,是很高的技术指标,对离子源、高压、分析磁铁、四极透镜等设备均有很大的挑战。本文详细介绍了BRISOL谱仪关键技术及其测试结果。能散对谱仪的质量分辨率影响较大,BRISOL谱仪设计采用异能大小铁结构消除能量色散。离子源采用表面离子源,并采用三电极引出系统,中间电极电压可调用以优化束流品质,优化后离子束RMS发射度好于3.8 πmm•mrad。分析磁铁采用表面线圈进行磁场垫补,垫补后积分场均匀性好于3.5×10^-5。为修正像差,大分析磁铁安装了β线圈和γ线圈,同时,在分析磁铁前后共设置了4台电六极透镜。     

高质量分辨率分析磁铁磁场测量及垫补

串列加速器升级工程在线同位素分离器(BRISOL)需对同质异位素进行分辨,谱仪设计质量分辨率为20 000。本文介绍了BRISOL分析磁铁的磁场测量及垫补。为达到20 000的质量分辨率,BRISOL谱仪采用由2块小铁和2块大铁组成的异能大、小铁结构消除能量色散。主分析磁铁磁场均匀性要求好于5×10~(-5),采用表面线圈对磁场进行垫补。垫补后,好场区范围内积分场均匀性由3×10~(-4)提高到了3.5×10~(-5)。     

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。     

表面线圈垫补二极铁磁场均匀性

高分辨率的离子质谱计要求分析磁铁具有很高的磁场均匀性。串列加速器升级工程ISOL要求质量分辨率20000,分析磁铁均匀性好于1×10^-5。现有的机加工和装配水平磁铁均匀性只能做到±1．5×10^-4,磁铁加工完成后还需对磁铁进行垫补。本文采用表面线圈（图1）的方法对现有的1块C型二极铁进行垫补。     

19 100MeV紧凑型回旋加速器主磁铁的磁场测量系统方案设计

紧凑型的回旋加速器的磁场分布范围跨度较大，且对磁场测量的精度要求较高，磁场的测量误差直接影响到后续主磁铁的镶条垫补。磁场测量系统主要用于主磁铁中心平面上磁场分布的测量，对主磁场的测量精度及测量点相对位置精度要求极高，磁场偏离理想场的微小误差对粒子束流的运动有相当大的影响。磁场测量点的选取采用极坐标，最后给出磁场值的极坐标点分布结果。     

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.     

谐波垫补原理及其在加速器常规磁铁设计与磁场垫补中的应用

加速器常规磁铁磁场质量评估通常表示为工作气隙好场区内高阶磁场占主磁场的相对含量,它通常要求在10^-4量级内。这些高阶磁场来源于磁极的有限长度与宽度和极面设计参数选择产生的若干过大的系统高阶磁场偏差及加工与材料的不理想等因素产生的若干过大的随机高阶磁场偏差。这些偏差均会导致磁场质量变坏。谐波垫补法针对每个过大的高阶磁场利用磁极形位改变对磁场的扰动效应产生一与现存过大高阶磁场大小相当但符号相反的高阶磁场,用来抵消现存的过大的高阶磁场,达到根本改善磁场质量的目的。本文分析了谐波垫补原理,并具体分析了它们在二极磁铁和四极磁铁设计与磁场垫补中的应用。     

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     

90°电磁分离器磁场垫补

利用极面边缘垫补来扩大磁场均匀区是很有效的。本文采用均匀磁化方法计算了矩形边缘垫片产生的附加磁场,并在一台90°电磁同位素分离器的偏转磁铁上进行了垫补试验,使场的径向均匀区扩大了65%。计算与实验符合得较好。     

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。     

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。     

基于台阶垫补的磁场优化算法研究

在回旋加速器磁铁设计过程中,磁场优化是非常重要的一个环节。由于加速器磁铁的磁场响应随着磁极台阶高度变化呈现非线性的特点,使得在优化复杂的磁场时,计算过程复杂、时间成本高且需要手动迭代。以1台圆形轴对称磁铁垫补为例,发展了磁场优化算法。利用三维电磁场仿真软件CST和数据分析软件MATLAB,研究了单个台阶垫补块对中心平面上不同半径处磁场幅值的影响,实现了一种自动优化磁场的算法,并以磁场降落指数为0.2的磁场为优化模拟实例,最终求得了对应的磁极台阶高度,证明了本算法的可行性和便捷性。     

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。     

多目标遗传算法在波荡器垫补中的应用

波荡器性能一般有多个指标要求,而这些指标往往是相互冲突的,因此在磁场垫补时难以对垫补量进行精确推算,导致磁场垫补耗时和低效。为解决该问题,本文将多目标遗传算法应用于波荡器磁场垫补量推算,并对波荡器U38-S磁场进行了垫补。根据波荡器磁场垫补结构建立了计算模型,并阐述了计算模型中的主要问题,给出了U38-S磁场的垫补过程。经过3次磁场垫补,U38-S的轨迹中心偏差、相位误差和峰峰值误差分别减小到0.15 mm、1°和0.49%。由于遗传算法本身具有较强的可扩展性,本文所用方法也可应用于其他类型波荡器的磁场垫补。     

2 100MeV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。     

多目标遗传算法在波荡器垫补中的应用

波荡器性能一般有多个指标要求,而这些指标往往是相互冲突的,因此在磁场垫补时难以对垫补量进行精确推算,导致磁场垫补耗时和低效。为解决该问题,本文将多目标遗传算法应用于波荡器磁场垫补量推算,并对波荡器U38-S磁场进行了垫补。根据波荡器磁场垫补结构建立了计算模型,并阐述了计算模型中的主要问题,给出了U38-S磁场的垫补过程。经过3次磁场垫补,U38-S的轨迹中心偏差、相位误差和峰峰值误差分别减小到0.15 mm、1°和0.49%。由于遗传算法本身具有较强的可扩展性,本文所用方法也可应用于其他类型波荡器的磁场垫补。     

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…     

等离子体测试实验装置用磁铁设计

正磁铁系统是等离子体实验装置的一个关键系统,磁场的一个作用是保证带电粒子沿具有一定曲率半径的弧度运动,从而能满足束的纵向聚焦的要求。磁场的另一个作用是使电子在沿着有一定弧度的轨迹前进的同时,再以此轨迹为中心进行螺旋运动,增加电子的实际运动路程,从而增加电子与其他粒子的碰撞概率。在离子源的实验中,直流弧放电离子源实验需要的垂直磁场通过带有励磁线圈的二极磁铁产生。磁铁是离子源实验台架的重要部分,磁铁安装在离子源实验台架的真空室管道上,根据离子源的形状,要求磁极间距为400mm,均匀场磁场     

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。