一种束流控制的多层复合螺线管系统的制作方法

本发明属于加速器物理束斑扩束的，涉及复合螺线管，具体涉及一种束流控制的多层复合螺线管系统。

背景技术：

1、电子束技术是人类利用电磁手段对电子进行加速，使其获得较高能量，利用高能电子对物质进行结构探索或其他应用的技术总称。正因如此，该技术在工农业生产、医疗卫生、科学技术和国防建设等领域也有着非常重要且广泛的应用。在某些大型电子加速器中，电子束需要进行长距离输运，而束流往往会偏离其束流中心发散，导致到靶束斑包络半径增大，通量密度降低，工作效能大幅减弱。

2、为了解决该问题，通常在加速器出口处加接电子束扩束装置来压缩入射电子束的发散角。目前的扩束磁铁组一般都是采用纯粹的永磁体或者电磁螺线管，然而这两者都有极大的缺陷。对于单独的永磁体来说，一旦制成就不能更改相关参数，其磁场分布是固定的，高能电子束关键参数变化之后，就不能进行相应调整。而单独的电磁螺线管虽然可以通过控制绕线电流的大小进行一定的调整，但是实现同样大小的磁场，单独的电磁螺线管的体积重量比永磁体要大很多，对设备本身重量体积有要求的场景就无法使用单独的电磁螺线管。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种束流控制的多层复合螺线管系统，解决现有技术中的扩束磁铁组难以兼顾调控灵活性和磁铁小型化的技术问题。

2、本发明的另一个目的在于，提供一种束流控制的多层复合螺线管系统，解决现有技术中的扩束磁铁组难以兼顾磁通量密度和磁铁小型化的技术问题。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

4、一种束流控制的多层复合螺线管系统，包括在束流线上布置的多层管状磁铁，其中，所述的多层管状磁铁包括管状磁体和与管状螺线管，管状磁体和与管状螺线管共同间层组成复合螺线管组。

5、本发明还具有如下技术特征：

6、所述的管状磁体为永磁体、电磁体和/或电磁铁；所述的管状螺线管为电磁螺线管。

7、所述的永磁体采用钐钴材料制成或钕铁硼材料制成。

8、所述的永磁体磁矩取向与轴线夹角取值为0°～90°。

9、所述的永磁体的计算公式为：

10、

11、式中：

12、bm表示永磁体在轴线上的磁通密度；

13、br表示永磁材料的剩磁密度；

14、z表示场点的z坐标；

15、ro表示永磁体的外径；

16、ri表示永磁体的内径；

17、l表示永磁体的长度。

18、所述的电磁螺线管的绕线的横截面结构为空心或良导体内包夹真空。

19、所述的电磁螺线管的绕线方式为常规的沿垂直于螺线管轴向的绕线、平行于轴向的绕线和/或与轴向成一定夹角的绕线。

20、所述的电磁螺线管的绕线夹角取值为0°～180°。

21、所述的电磁螺线管的绕线之间间距相等或不相等。

22、所述的电磁螺线管的绕线为直线绕线、曲线绕线和/或波浪线绕线。

23、所述的电磁螺线管的计算公式为：

24、

25、式中：

26、bs表示电磁螺线管的磁通密度；

27、μ0表示真空磁导率；

28、i表示电磁螺线管绕线内的电流强度；

29、ro表示电磁螺线管外径；

30、ri表示对应电磁螺线管内径；

31、l表示电磁螺线管的长度；

32、z表示场点的坐标；

33、z'表示电磁螺线管的中心位置z坐标；

34、d表示绕线的直径。

35、所述的复合螺线管组的层数不少于2层。

36、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

37、本发明提出的束流控制的多层复合螺线管系统，相较于传统扩束磁铁组的束流控制系统，复合螺线管组可以在保证调控灵活性的情况下完成磁铁的小型化设计，达成相同磁通量密度的同时耗费的体积更小，功率更小，重量更小，磁铁电指标更低，在轻量化，简化磁铁电源设计方面增加了很大的优势。

技术特征：

1.一种束流控制的多层复合螺线管系统，包括在束流线上布置的多层管状磁铁，其特征在于，所述的多层管状磁铁包括管状磁体和与管状螺线管，管状磁体和与管状螺线管共同间层组成复合螺线管组。

2.如权利要求1所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的管状磁体为永磁体、电磁体和/或电磁铁；所述的管状螺线管为电磁螺线管。

3.如权利要求2所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的永磁体采用钐钴材料制成或钕铁硼材料制成。

4.如权利要求2所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的永磁体的磁矩取向与轴线夹角取值为0°～90°。

5.如权利要求2所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的永磁体的计算公式为：

6.如权利要求2所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的电磁螺线管的绕线的横截面结构为空心或良导体内包夹真空。

7.如权利要求2所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的电磁螺线管的绕线方式为沿垂直于螺线管轴向的绕线、平行于轴向的绕线和/或与轴向成一定夹角的绕线；

8.如权利要求2所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的电磁螺线管的计算公式为：

9.如权利要求1所述的束流控制的多层复合螺线管系统，其特征在于，所述的复合螺线管组的层数不少于2层。

技术总结
本发明公开了一种束流控制的多层复合螺线管系统，包括在束流线上布置的多层管状磁铁，其中，多层管状磁铁包括管状磁体和与管状螺线管，管状磁体和与管状螺线管共同间层组成复合螺线管组。管状磁体可以为永磁体、电磁体和/或电磁铁，管状螺线管为电磁螺线管。本发明提供一种多层复合螺线管系统，解决现有技术中的扩束磁铁组保证调控灵活性的同时完成磁铁小型化设计技术问题以及扩束磁铁组在保证相同磁通量密度的同时兼顾重量和体积更小的技术问题。

技术研发人员：方进勇,孟宇,铁维昊,扈晓程,段冰
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/3/10