多极磁体制造技术

提供了一种用于偏转带电粒子束的多极磁体。多极磁体包括多个铁磁极和多个永磁体组件，以向铁磁极提供磁动势。至少一个永磁体组件具有多个分立永磁体位置和多个永磁体，每个永磁体被固定在一个永磁体位置中。永磁体被固定在一个永磁体位置中。永磁体被固定在一个永磁体位置中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多极磁体


[0001]本专利技术涉及一种用于偏转带电粒子束的多极磁体，例如用于粒子加速器中的多极磁体。本专利技术还涉及用于粒子加速器的多极磁体和子组件的制造方法。

技术介绍

[0002]多极磁体包括多个磁极，并且除了其他方面，还用于偏转、聚焦或以其他方式改变粒子加速器中带电粒子束的特性。多极磁体可用于改变波束的整体方向、使波束聚焦或散焦、或校正波束中的像差。多极磁体是否适合执行这些任务在很大程度上取决于存在的磁极数量。具有四个磁极的四极磁体特别适合于使带电粒子束聚焦和散焦。多极磁体中使用的磁体通常是电磁体，包括绕在铁磁极上的载流导线。在现代粒子加速器驱动波束中，可以沿单个驱动波束使用包括电磁体的数千个多极磁体。
[0003]所提出的紧凑型直线对撞机(CLIC)加速器的驱动波束预计需要大约42000个四极磁体。因此，CLIC加速器可能会遭受近乎禁止的功耗，其中总估计使用量约为580MW。这代表了与发电和输送能力、以及加速器电源和冷却基础设施、环境影响以及与能源价格相关的重大运行成本有关的问题。预计有一大部分预测能耗(约124MW)将来自正常导电电磁体的损耗，而输送系统的效率以及水冷和泵送系统的能耗将加剧这种情况。为了解决这一问题，有人提出用能够通过相对于关联磁极移动永磁体材料来调整其磁场的永磁体来替换至少一些电磁体。这样的永磁体在早期专利申请PCT/GB2011/051879中进行了描述，其内容通过引用并入本文。
[0004]可以预期的是，永磁体的使用将具有与CLIC加速器相关的若干优点，包括正常使用期间无需耗电、调整磁场时耗电量小、由于不需要大型电源或冷却而减少了基础设施、以及水冷却系统不会产生振动也不需要排出多余的热量。然而，由于永磁体材料成本昂贵且波动性大，并且难以烧结和磁化永磁体，可以预期的是，每个永磁体的前期成本可能高于同等电磁体的成本。此外，如熟练的技术人员将理解的，永磁体材料的移动是针对非常大的磁引力进行的，即永磁体材料对相对磁极的吸引力。此外，移动要求非常精确。事实上，可以设想的是，永磁体材料位置的所需精度可能小于10微米。达到所需的精度使得已知的布置非常昂贵。
[0005]本专利技术实施例的目的是至少缓解与已知布置相关联的一个或多个问题。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于偏转带电粒子束的多极磁体，该多极磁体包括：多个铁磁极；以及多个永磁体组件，用于向铁磁极提供磁动势，至少一个永磁体组件具有提供多个分立(即，个体上分离和不同的)永磁体位置和多个永磁体的支架，每个永磁体固定在多个分立永磁体位置中的一个中。以不同配置固定多个永磁体中的每一个(即，改变固定在多个分立永磁体位置中的永磁体的数量)可允许采用模块化方法来提供具有不同磁场强度的多极磁体，从而降低了生产多极磁体的制造工艺的成本和/或复杂性。进而，
该布置还可以允许减小永磁体材料的所需移动范围，从而降低了定位系统的成本和/或复杂性。
[0007]此外，多极磁体可以使用比已知布置中使用的磁体更小的个体永磁体进行制造。在制造过程的烧结和磁化阶段两者中，更小的永磁体可比已知布置中使用的磁体更容易且更便宜地进行批量生产。由于吸引力降低，更小的永磁体也可更容易操作，因为这可能会使装配变得不那么复杂，即使永磁体的数量增加了。
[0008]在某些实施例中，多个分立永磁体位置在数量上可以大于固定在其中的多个永磁体。多个永磁体可以围绕至少一个永磁体组件的中心而对称地布置在多个分立永磁体位置中。附加或替代地，多个分立永磁体位置可以是分立永磁体位置的均匀间隔的阵列。均匀间隔的阵列可以是n
×
m分立永磁体位置的网格。
[0009]多个永磁体中的每一个可以彼此间隔开。多个永磁体中的每一个可以在形状和/或尺寸上彼此基本相同。多个永磁体中的一个或多个可以基本上是长方体。
[0010]可选地，至少一个永磁体组件可以包括界定多个分立永磁体位置中的一个或多个的壁的框架。一个或多个壁可以由非磁性材料形成。至少一个永磁体组件可以包括底座，壁的框架可以直立于底座上。底座可以由顺磁性材料形成。
[0011]在某些实施例中，多个永磁体中的一个或多个可以接合至底座。间隙可以在多个永磁体中的一个或多个和壁中的一个或多个之间延伸，这些壁界定多个分立永磁体位置中相应的一个位置。间隙可以至少部分地由粘合材料填充，该粘合材料接合到底座和多个永磁体中相应一个或多个永磁体。
[0012]至少一个永磁体组件可以包括多个开放式外壳，每个外壳界定多个分立永磁体位置中的一个。多个开放式外壳中的一个或多个可以由壁的框架和底座来提供。
[0013]在某些实施例中，多个开放式外壳中的每一个可以在形状和/或尺寸上彼此基本相同。多个开放式外壳中的一个或多个可以是连续的五面隔间。多个开放式外壳中的一个或多个在形状上可以与多个永磁体中的一个互补。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造用于偏转带电粒子束的多极磁体的方法，该方法包括：提供具有多个分立永磁体位置的至少一个永磁体组件；将多个永磁体固定在多个分立永磁体位置中；以及布置至少一个永磁体组件以向多极磁体的铁磁极提供磁动势。
[0015]根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于粒子加速器的子组件，该子组件包括：如上所述的多个多极磁体，这些多极磁体沿波束线设置，以偏转、聚焦或以其他方式改变沿波束线通过的带电粒子束的一个或多个特性，其中，多个多极磁体中的第一多极磁体的至少一个永磁体组件具有不同于多个多极磁体中的第二多极磁体的永磁体组件的配置。
[0016]在某些实施例中，配置的不同之处在于，第一多极磁体的至少一个永磁体组件可以具有与第二多极磁体的永磁体组件不同数量的多个永磁体。附加或替代地，配置的不同之处在于，第一多极磁体的至少一个永磁体组件具有的多个永磁体中的一个或多个可以被固定在与第二多极磁体的永磁体组件不同的多个永磁体位置中的一个或多个中。
附图说明
[0017]现在将参考附图，仅以示例的方式来描述本专利技术的实施例，在附图中：
[0018]图1a是根据本专利技术的实施例的多极磁体的示意性透视图；
[0019]图1b是图1的多极磁体的另一示意性透视图，仅显示多极磁体的永磁体；
[0020]图2a
‑
f是根据本专利技术的多个实施例的永磁体配置的示意性透视图；
[0021]图3是根据本专利技术的实施例的永磁体组件的示意性透视图；以及
[0022]图4是根据本专利技术的实施例的沿波束线设置的多个多极磁体的示意性透视图。
具体实施方式
[0023]图1a
‑
b显示了根据本专利技术的实施例的四极磁体10。四极磁体10具有四个铁磁极12a
‑
d，铁磁极12a
‑
d被布置为在它们之间提供波束线空间。在使用中，带电粒子(例如电子或正电子)的波束穿过波束线空间。四极磁体10还包括四个永磁体组件14a
‑
d，每个磁体组件14a...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于偏转带电粒子束的多极磁体，所述多极磁体包括：多个铁磁极；以及多个永磁体组件，用于向所述铁磁极提供磁动势，所述永磁体组件中的至少一个具有多个分立永磁体位置和多个永磁体，每个所述永磁体固定在所述多个分立永磁体位置中的一个中。2.根据权利要求1所述的多极磁体，其中，所述多个分立永磁体位置在数量上多于固定在其中的所述多个永磁体。3.根据权利要求1或2所述的多极磁体，其中，所述多个永磁体围绕所述永磁体组件中的所述至少一个的中心而对称地布置在所述多个分立永磁体位置中。4.根据前述权利要求中任一项所述的多极磁体，其中，所述多个分立永磁体位置是分立永磁体位置的均匀间隔的阵列。5.根据权利要求4所述的多极磁体，其中，所述均匀间隔的阵列为n
×
m分立永磁体位置的网格。6.根据前述权利要求中任一项所述的多极磁体，其中，所述多个永磁体中的每一个彼此间隔开。7.根据前述权利要求中任一项所述的多极磁体，其中，所述多个永磁体中的每一个在形状和/或尺寸上彼此基本相同。8.根据前述权利要求中任一项所述的多极磁体，其中，所述多个永磁体中的一个或多个基本上为长方体。9.根据前述权利要求中任一项所述的多极磁体，其中，所述永磁体组件中的所述至少一个包括限定所述多个分立永磁体位置中的一个或多个的壁的框架。10.根据权利要求9所述的多极磁体，其中，所述壁中的一个或多个由非磁性材料形成。11.根据权利要求9或10所述的多极磁体，其中，所述永磁体组件中的所述至少一个包括底座，所述壁的框架直立于所述底座上。12.根据权利要求11所述的多极磁体，其中，所述底座由顺磁性材料形成。13.根据权利要求11或12所述的多极磁体，其中，所述多个永磁体中的一个或多个接合到所述底座。14.根据权利要求9至13中任一项所述的多极磁体，其中，间隙在所述多个永磁体中的一个或多个和所述壁中的一个或多个之间延伸，所述壁限定所述多个分立永磁体位置中相应的一个位置。15.根据权利要求14所述的多极磁体，当权利要求14引用权利要求11时，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士，
申请(专利权)人：英国研究与创新组织，
类型：发明
国别省市：