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用于束流矫正电磁技术探究【摘要】在通用的离子束流输运过程中，通常会用到导向 磁铁来矫正束流的运动方向，但是常用的导向磁铁只能够矫 正一个方向，而束流方向的矫正都是需要两个方向同时矫 正，这就需要两台导向磁铁［1,2］为了节省费用和管道空 间，我们设计了一种新型的xy导向磁铁，该磁铁能够采用 一个铁芯实现两个方向的矫正本文给出了这种磁铁的设计 过程及磁场强度关键词】导向磁铁；磁场；线圈1.引言导向磁铁是束流调试的必备元件，为了节省费用，减小 束流线的空间，缩短束流线的尺寸，我们在原有单向矫正束 流的基础上，开发研制了单磁铁双向扫描的导向磁铁通过 两个方向的磁场耦合，可以对束流进行精确地矫正2•导向磁铁磁场计算假设导向磁铁需要偏移的了离子为质子，导向磁铁与下 一个元件之间的距离为L,导向磁铁需要矫正的距离为X或 Y,如图1所示图1导向磁铁扫描示意图Fig. 1 Sketch map of the x~y steering magnet scanner根据磁刚度公式:[3](1)可以计算出质子在导向磁铁中的偏转半径:(2)其中：W为离子能量(动能)，W0为离子静止能量，对于质子,W0二938. 26MeV, B 的单位为 Gausso导向磁铁磁辄长度i为80mm,扫描磁铁的扫描范围X或Y,由9 ^tgO=X/L或Y/L(L为扫描长度)，可以计算出扫描角度。

再由，可以得到值P,再由公式(2)计算可得所需的磁场强度根据我们实际的需求，在X方向需要偏移土20mm, Y方向需要偏移土40mm,可以计算得到：偏转半径:当质子能量分别为25keV. 30keV. 35keV时，对应的磁 场强度如表1所示表1磁场强度E (keV) 25 30 35B(Gs) Bx 41. 7 50 58. 3By 83. 3 100 116. 7根据最大能量，XY导向磁铁所需的最大调节磁场为116. 7Gso3. 导向磁铁结构在导向磁铁的设计过程中，磁辄是一个正规的同心柱，其结构模型如图2所示该磁辄是由低碳钢加工而成的环性磁辄，在磁辄上面绕有两对线包，内层为左右一对线包，外层为上下一对线包，在环的中心形成互相正交的 两个方向的磁场，改变电流的大小，可以改变这个合成磁场 的大小方向，即可用来校正束流的中心轨道如图2该导向磁铁是采用ANSYS[4]计算得到的磁场分布，其结果如图3所示图中显示出了左右一对线包的磁场分布情况,另外一对线包和图示相同也是180度对称，相对图示中的一 对线包旋转90度叠加在一起的这四个线包形成两个正交 磁场，通过调节两个方向磁场强度，从而形成对束流运动起360度的导向作用的磁场。

励磁线采用直径为1. 5mm的漆包线绕制，每个线包的安匝数为1500,电流为2. 5A,电压约为2. 3V,目前该导向磁铁的供电电源是两台30V/5A稳流 电源在最大电流时，测得磁场强度如图4所示，图中以导 向磁铁中心为中心点，沿着半径方向测量磁场强度从图中 可以看出，半径为5mm处磁场强度大约为16OGs,半径为30mm 处得磁场约为12OGs,可以矫正束流最大偏移图2导向磁铁磁馳模型图3圆形导向磁铁磁场分布Fig .3 Circular steering magnetic field distribution图4径向磁场强度4. 磁场测量根据以上设计，完成了导向磁铁的绕制，如图5所示 在实际绕制过程中，为了防止导向磁铁过热而破坏导线的绝 缘漆，在每层导线之间增加了绝缘层，从而导致绕制导线厚 度增加由于空间有限，在导线厚度增加的情况下减少了导 线匝数，为此需要测量磁场强度如图5磁场测量结果如图6所示，从图中可以看出，两个方向 都小于理论设计值，这是由于导线匝数小于理论值的结果 而y方向的磁场小于x方向，这是因为y方向是外圈，它的 绕线匝数比x方向的内圈匝数少40匝，从而导致磁场比较 小。

图5导向磁铁实物图Fig. 5 Picture of the x-ysteering magnet图6磁场测量结果5. 结论文章给出了导向磁铁设计、绕制、检测的全过程，并通 过磁场测量结果与理论设计结果的比较，由于实际工程原因 磁场略低于理论值，但仍在实用范围之内目前该磁铁已经 安装在束流线上，使用状态良好由于该磁铁采用漆包线绕 制，仅在最外层增加一层玻璃丝带来保护线圈外部漆的脱 落，所以这种磁铁的通气性好，可以在高真空内部使用另 外，在大气中可采用同样的方式来绕制、使用这种磁铁若 是其磁场强度较高时，需要采用内水冷的导线代替漆包线参考文献[1] D. George,M. Negrazus. The proscan beam line double steering magnet[J]. PSI-Scientific and Technical Report,2003,6：107-108.[2] M.P. Dehnel eta1. A Compact Cost一Effective Beamline for a PET Cyclotron[J],Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B,2007,261 (1-2)：809-812.[3] 桂伟燮，荷电粒子加速器原理[M].北京：清华大学出 版社,1994.Gui WeiXi,Charge Particle Accelerators Theory,Beijing,Tsinghua University Press,1994.[4] ANSYS Inc,Guide to ANSYS User Programable Features SAS IP[M]. Inc,1998.作者简介：孙世菊(1978—)，女，山东烟台人，北京 电子科技职业学院讲师，主要从事电子信息技术方面的研 究。