Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС"

Для создания нового канала вывода пучка с энергией 23 МэВ на ускорителе «ЭПОС» разработан компактный дипольный магнит, позволяющий повернуть пучок на 90 градусов. В конструкции использованы постоянные магниты из Nd-Fe-B-сплава. Приведены результаты исследования характеристик магнита....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Бовда, А.М., Гук, И.С., Довбня, А.Н., Кононенко, С.Г., Лященко, В.Н., Мыцыков, А.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2015
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Теория и техника ускорения частиц
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112365
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС" / А.М. Бовда, И.С. Гук, А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 6. — С. 13-17. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-112365
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1123652025-02-09T14:11:27Z Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС" Дипольний магніт з постійним полем для прискорювача "ЕПОС" Dipole magnet with the constant field for accelerator "EPOS" Бовда, А.М. Гук, И.С. Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О. Теория и техника ускорения частиц Для создания нового канала вывода пучка с энергией 23 МэВ на ускорителе «ЭПОС» разработан компактный дипольный магнит, позволяющий повернуть пучок на 90 градусов. В конструкции использованы постоянные магниты из Nd-Fe-B-сплава. Приведены результаты исследования характеристик магнита. Для створення нового каналу виводу пучка з енергією 23 МеВ на прискорювачі «ЕПОС» розроблений компактний дипольний магніт, що дозволяє повернути пучок на 90 градусів. У конструкції використані постійні магніти з Nd-Fe-B-сплаву. Приведено результати дослідження характеристик магніту. The compact dipole magnet is developed for making new channel with energy 23 MeV on accelerator "EPOS", allowing to turn a beam on 90 degrees. In construction constant magnets from Nd-Fe-B alloy are used. Magnet performances are explored. 2015 Article Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС" / А.М. Бовда, И.С. Гук, А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 6. — С. 13-17. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112365 621.384.6; 621.318.2 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теория и техника ускорения частиц Теория и техника ускорения частиц
spellingShingle	Теория и техника ускорения частиц Теория и техника ускорения частиц Бовда, А.М. Гук, И.С. Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О. Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС" Вопросы атомной науки и техники
description	Для создания нового канала вывода пучка с энергией 23 МэВ на ускорителе «ЭПОС» разработан компактный дипольный магнит, позволяющий повернуть пучок на 90 градусов. В конструкции использованы постоянные магниты из Nd-Fe-B-сплава. Приведены результаты исследования характеристик магнита.
format	Article
author	Бовда, А.М. Гук, И.С. Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О.
author_facet	Бовда, А.М. Гук, И.С. Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О.
author_sort	Бовда, А.М.
title	Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС"
title_short	Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС"
title_full	Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС"
title_fullStr	Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС"
title_full_unstemmed	Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС"
title_sort	дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "эпос"
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Теория и техника ускорения частиц
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112365
citation_txt	Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС" / А.М. Бовда, И.С. Гук, А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 6. — С. 13-17. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT bovdaam dipolʹnyjmagnitspostoânnympolemdlâuskoritelâépos AT gukis dipolʹnyjmagnitspostoânnympolemdlâuskoritelâépos AT dovbnâan dipolʹnyjmagnitspostoânnympolemdlâuskoritelâépos AT kononenkosg dipolʹnyjmagnitspostoânnympolemdlâuskoritelâépos AT lâŝenkovn dipolʹnyjmagnitspostoânnympolemdlâuskoritelâépos AT mycykovao dipolʹnyjmagnitspostoânnympolemdlâuskoritelâépos AT bovdaam dipolʹnijmagnítzpostíjnimpolemdlâpriskorûvačaepos AT gukis dipolʹnijmagnítzpostíjnimpolemdlâpriskorûvačaepos AT dovbnâan dipolʹnijmagnítzpostíjnimpolemdlâpriskorûvačaepos AT kononenkosg dipolʹnijmagnítzpostíjnimpolemdlâpriskorûvačaepos AT lâŝenkovn dipolʹnijmagnítzpostíjnimpolemdlâpriskorûvačaepos AT mycykovao dipolʹnijmagnítzpostíjnimpolemdlâpriskorûvačaepos AT bovdaam dipolemagnetwiththeconstantfieldforacceleratorepos AT gukis dipolemagnetwiththeconstantfieldforacceleratorepos AT dovbnâan dipolemagnetwiththeconstantfieldforacceleratorepos AT kononenkosg dipolemagnetwiththeconstantfieldforacceleratorepos AT lâŝenkovn dipolemagnetwiththeconstantfieldforacceleratorepos AT mycykovao dipolemagnetwiththeconstantfieldforacceleratorepos
first_indexed	2025-11-26T16:27:01Z
last_indexed	2025-11-26T16:27:01Z
_version_	1849870964477657088
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №6(100) 13 УДК 621.384.6; 621.318.2 ДИПОЛЬНЫЙ МАГНИТ С ПОСТОЯННЫМ ПОЛЕМ ДЛЯ УСКОРИТЕЛЯ «ЭПОС» А.М. Бовда, И.С. Гук, А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина E-mail: guk@kipt.kharkov.ua Для создания нового канала вывода пучка с энергией 23 МэВ на ускорителе «ЭПОС» разработан ком- пактный дипольный магнит, позволяющий повернуть пучок на 90 градусов. В конструкции использованы постоянные магниты из Nd-Fe-B-сплава. Приведены результаты исследования характеристик магнита. ВВЕДЕНИЕ На линейном электронном ускорителе «ЭПОС» [1], используемом для радиационной обработки ма- териалов и изделий, предполагается провести мо- дернизацию как ускоряющей системы, так и выход- ных устройств с созданием второго канала [2]. Ос- новным назначением нового канала является массо- вая радиационная обработка материалов электрон- ным пучком с энергией 23 МэВ с потреблением пучка около 4000 часов в год с длительностью сеан- сов облучения до 360 часов. На этом канале предпо- лагается поворот пучка электронов с энергией 23 МэВ на 90 градусов осуществить с помощью магнита с постоянным полем. Был рассмотрен вари- ант создания этого магнита на основе постоянных магнитов из Nd-Fe-B-сплава [2]. Максимальное зна- чение поля при предполагаемой величине зазора в 25 мм магнита должно быть равно 0,516 Тл для того, чтобы конструкция поворотной части канала могла быть размещена на раме ускорителя. Исходя из су- ществующего энергетического разброса в пучке ускорителя, полюса магнита должны иметь ширину 50 мм с шиммами высотой 1 мм на краях для улуч- шения однородности поля по радиусу. В конструк- ции предполагалось использование блоков постоян- ных магнитов размером 150×150×90 мм, изготов- ленных из Nd-Fe-B-сплава фирмой «Полюс-Н» [3]. В литературе описаны единичные случаи созда- ния устройств с постоянными магнитами, разрабо- танными для использования с пучками электронов определённой энергии [4 - 6]. В связи с этим полу- ченный опыт создания постоянного магнита помо- жет дальнейшему использованию таких устройств в фундаментальных и прикладных научных исследо- ваниях. Описанию конструкции этого магнита, ис- следованию характеристик поля в зазоре магнита, а также температурной зависимости величины поля посвящена эта работа. 1. КОНСТРУКЦИЯ МАГНИТА При существующей системе формирования и проводки на ускорителе «ЭПОС» невозможно ис- ключить некоторые потери пучка на стенках ваку- умной камеры магнита. Поскольку неизвестна дозо- вая зависимость величины поля в материале блока постоянных магнитов, была выбрана конструкция магнита, позволяющая максимально удалить этот блок от пучка. Поле в зазоре формируется с помо- щью магнитопровода и полюсных наконечников из стали Ст3. Радиационная стойкость магнитных ха- рактеристик магнитов, изготовленных из этого ма- териала, является высокой. После проведенной в работе [2] оптимизации параметров конструкции магнита был изготовлен образец, представленный на Рис. 1. Поле в зазоре было рассчитано с учетом маг- нитных характеристик изготовленных блоков из постоянных магнитов и использованного материала магнитопровода. Рис. 1. Общий вид магнита Верхняя и нижняя балки магнита были изготов- лены из двух деталей. В них был профрезерован канал, в который запрессована медная трубка со штуцерами для присоединения к системе термоста- тирования ускорителя. Полюсные наконечники кре- пятся к балкам с помощью болтов. На торцах нако- нечников имеется возможность крепления неболь- ших сегментов такого же сечения, как и полюсных наконечников, для изменения эффективной длины магнита. Стабильность зазора обеспечивается встав- кой из титана, за которой размещается бокс для раз- мещения магнитных блоков. Положение блоков фиксируется с помощью системы болтов в стенках бокса, изготовленных из алюминиевого сплава. Точность обработки элементов конструкции магнита была не хуже 5 микрон. В силу технологических требований магнитный блок нужных размеров был составлен из намагни- ченных плиток из Nd-Fe-B-сплава размером 50×50×10 мм. Габаритные размеры магнита 233×170×435 мм. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №6(100) 14 2. МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ Ожидаемое распределение поля в медианной плоскости магнита приведено в работе [2]. Распре- деление поля вдоль траектории движения электрон- ного пучка, взятое из работы [2], представлено на Рис. 2. Рис. 2. Поле вдоль траектории Измеренные значения поля в центре полюсных наконечников изготовленного магнита (≈0,4 Тл) оказались ниже представленных на Рис. 2. Поиск причин, повлиявших на изменение поля, был начат с исключения эффектов насыщения в ма- териалах конструкции. С этой целью последова- тельно из бокса с магнитными элементами извлека- лись слои толщиной 10 мм, общее количество кото- рых было равным 9. Представленная на Рис. 3 зави- симость поля указывает на отсутствие эффектов насыщения. Рис. 3. Зависимость поля в центре зазора магнит- ных наконечников от величины магнитного блока Далее были проведены измерения нормальной к поверхности составляющей поля отдельной плитки размером 50×50×10 мм на расстоянии от поверхно- сти 0,3; 3,8 и 10,3 мм. Измерения проводились с по- мощью матрицы из 7 датчиков Холла по методике, описанной ранее в работе [7]. На Рис. 4 представлено распределение поля, по- лученное путём сканирования его матрицей вдоль одной из боковых граней плитки. На Рис. 5 гладкими кривыми представлено рас- пределение поля плитки, рассчитанное в предполо- жении однородной намагниченности с остаточным значением 1,23 Тл. Измеренные значения поля представлены на рисунке точками. Измерения при- вязаны к середине боковой грани плитки. Из сравнения графиков видно, что измеренное поле в центре магнитной плитки превышает расчет- ное при небольших расстояниях от плитки. Рис. 4. Распределение поля а б в Рис. 5. Распределение поля вдоль средины плитки. а – на расстоянии 0,3 мм от поверхности; б – 3,8 мм; в – 10,3 мм Величина поля, при однородной намагниченно- сти плитки, ограниченной некими размерами, пред- полагает конкуренцию влияния между центральны- ми и периферийными областями. Поэтому разумно предположить, что превышение поля в центре вы- звано меньшей величиной остаточной намагничен- ности на краях плитки. Связано это, в том числе, и с полями рассеяния на краях. Для объяснения несовпадения эксперименталь- ных и рассчитанных данных была построена мо- дель, в которой остаточная намагниченность края плитки шириной 1 см была равна 1,07 Tл по сравне- 0,3 мм 3,8 мм 10,3 мм ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №6(100) 15 нию с 1,23 Тл в центральной части плитки. Экспе- риментальные данные и расчёты по модели с учетом неоднородности поля в центре плитки при этом со- гласуются лучше (Рис. 6). а б в Рис. 6. Распределение поля вдоль середины плитки (расчётная кривая для Рис. 6,а не была просчитана с большей точностью в связи с ограничениями применяемой для расчёта программы) При наличии эффекта изменения эффективной намагниченности к краю плитки величина поля в магните могла оказаться меньше предполагаемой по первоначальной модели. Была предпринята попытка увеличения поля в магните до необходимого уровня без существенных изменений конструкции за счёт увеличения площа- ди магнитного блока. Для расчётов использовалась модель магнита, представленная на Рис. 7. Новые расчёты, выпол- ненные с учётом проведенных исследований, указа- ли на возможность получения необходимой величи- ны поля при изменении размера магнитного блока на 25 мм в обе стороны, как это показано на Рис. 7. Для подтверждения такой возможности из желе- за ЖР008 была изготовлена модель магнита с ис- пользованием постоянного магнита с того же мате- риала и подготовленного по аналогичной методике (Рис. 8). При изменении сечения вставки с 30×30 мм до 38×38 мм поле в зазоре магнита возросло от 0,33 до 0,46 Тл. Рис. 7. Модель магнита Рис. 8. Результаты моделирования 3. ИЗМЕРЕНИЯ В МОДЕРНИЗИРОВАННОМ МАГНИТЕ Модернизированный магнит вместе с направля- ющими приспособлениями для матрицы датчиков представлен на Рис. 9. Рис. 9. Устройство для измерения поля вдоль траектории движения пучка Измеренное распределение поля представлено на Рис. 10. С целью учёта влияния рассеянных полей на траекторию движения пучка измерения были проведены на расстоянии более 30 см от полюсов магнита. 0,3 мм ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №6(100) 16 Рис. 10. Распределение поля вдоль траектории пучка На Рис. 11 представлено измеренное распределе- ние поля в медианной плоскости магнита в центре полюсных наконечников в направлении, перпенди- кулярном траектории движения пучка. Рис. 11. Величина поля Распределение поля вдоль идеальной траектории движения пучка представлено на Рис. 12. Рис. 12. Распределение поля вдоль траектории движения пучка Как видно из полученных данных, значение поля в зазоре магнита удовлетворяет заданным величи- нам. Эффективная длина магнита, рассчитанная по траектории частицы с энергией 23 МэВ в измерен- ном поле, равна 242 ±1,1 мм. Поперечное распределение поля в нескольких сечениях по ходу пучка представлено на Рис. 13. Положение шимм обозначено на рисунке черными прямоугольниками. По измеренным распределениям поля можно провести трассирование пучка с заданными энерги- ей, размерами и расходимостью. С этой целью была проведена интерполяция полученных данных между точками измерения. На Рис. 14 представлены ре- зультаты такой интерполяции. Сплошной линией показана траектория движения электрона с энергией 23 МэВ с нулевыми начальными параметрами в этом поле. Рис. 13. Привязка измерений к положению шимм Рис. 14. Трассировка движения пучка Создание канала требует привязки как измерен- ного поля, так и конструкции магнита, к реальному расположению узла поворота в установке. Это мож- но осуществить при трассировании пучка с учётом полученных измерений поля. На Рис. 15 показана такая привязка. Рис. 15. Расположение магнита, магнитных измерений и траекторий пучка в пространстве Траектории, приведенные на рисунке черными линиями, соответствуют движению электронов, входящих в систему с разным расстоянием от иде- альной траектории. 4. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ Известно, что поле в магнитах из Nd-Fe-B-сплава существенно зависит от температуры. Реально тем- пература воздуха в бункере ускорителя изменяется в довольно широких пределах. А это может отразиться на положении пучка на выходе магнитной системы. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №6(100) 17 На Рис. 16 приведена измеренная зависимость величины поля в центре зазора магнита от темпера- туры конструкции в целом в том диапазоне темпе- ратур, который реально реализуется в бункере уско- рителя. При разработке магнита предполагалось использовать для стабилизации температуры кон- струкции систему термостатирования ускорителя. Температура воды в системе термостатирования секций близка к 38°С. Рис. 16. Температурная зависимость поля в магните Как видно из полученных данных, величина поля в магните линейно снижается с увеличением темпе- ратуры. ВЫВОДЫ Полученные результаты свидетельствуют о воз- можности создания на основе постоянных магнитов из Nd-Fe-B-сплава дипольных магнитов с заданны- ми значениями поля. Такие магниты могут найти широкое применение в технологических ускорите- лях вследствие простоты получения больших вели- чин поля. Магниты не требуют затрат на электро- энергию, достаточно дёшевы в связи с широким и массовым производством из исходных материалов изделий любых размеров. Температурная зависимость поля указывает на возможность тонкой регулировки поля в магните с помощью системы термостатирования конструкции. В дальнейшем необходимо провести дополни- тельные исследования радиационной стойкости устройств различной формы, что позволит создавать простые конструкции выводных систем с регулиру- емой величиной поля. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Н.И. Айзацкий, В.Н. Борискин, А.Н. Довбня и др. Линейные электронные ускорители ННЦ ХФТИ – исследования и развитие // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Ядерно- физические исследования»”. 2003, № 2, с. 19-25. 2. А.Н. Довбня, И.С. Гук, С.Г. Кононенко и др. Второй канал вывода пучка на ускорителе «ЭПОС» // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Ядерно-физические исследования»”. 2014, № 3, с. 8-12. 3. http://www.polus-n.com/index.html 4. V.I. Shvedunov, R.A. Barday, V.P. Gorbachev, et al. A Race-Track Microtron with High Brightness Beams // NIM. 2004, v. 531, № 3, р. 346-366. 5. V.I. Shvedunov, A.N. Ermakov, I.V. Gribov, et al. A 70 MeV Race-Track Microtron // NIM. 2005, v. 550, № 1-2, p. 39-53. 6. А.А. Бондусь, В.П. Горбачев, В.П. Степанчук, Р.В. Максимов, Д.В. Мутасов. Перспективы улучшения параметров малогабаритного микро- трона трехсантиметрового диапазона // Известия Саратовского университета. Сер. “Физика”. 2010, т. 10, в. 2, с. 47-55. 7. И.С. Гук, А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, и др. Дипольный магнит энергетического фильтра для ускорителя «ЭПОС» // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Ядерно-физические исследова- ния»”. 2012, № 3, c. 67-69. Статья поступила в редакцию 14.10.2015 DIPOLE MAGNET WITH THE CONSTANT FIELD FOR ACCELERATOR "EPOS" А.М. Bovda, I.S. Guk, A.N. Dovbnya, S.G. Kononenko, V.N. Lyashchenko, A.O. Mytsykov The compact dipole magnet is developed for making new channel with energy 23 MeV on accelerator "EPOS", allowing to turn a beam on 90 degrees. In construction constant magnets from Nd-Fe-B alloy are used. Magnet per- formances are explored. ДИПОЛЬНИЙ МАГНІТ З ПОСТІЙНИМ ПОЛЕМ ДЛЯ ПРИСКОРЮВАЧА «ЕПОС» О.М. Бовда, І.С. Гук, А.М. Довбня, С.Г. Кононенко, В.М. Лященко, А.О. Мициков Для створення нового каналу виводу пучка з енергією 23 МеВ на прискорювачі «ЕПОС» розроблений компактний дипольний магніт, що дозволяє повернути пучок на 90 градусів. У конструкції використані пос- тійні магніти з Nd-Fe-B-сплаву. Приведено результати дослідження характеристик магніту. http://www.polus-n.com/index.html ВВЕДЕНИЕ 1. конструкция магнита 2. Магнитные измерения 3. Измерения в модернизированном магните 4. Измерение температурной зависимости ВЫВОДЫ Библиографический список DIPOLE MAGNET WITH THE CONSTANT FIELD FOR ACCELERATOR "epos" ДИПОЛЬНИЙ МАГНІТ З ПОСТІЙНИМ ПОЛЕМ ДЛЯ ПРИСКОРЮВАЧА «ЕПОС»

Дипольный магнит с постоянным полем для ускорителя "ЭПОС"

Institution

Ähnliche Einträge