阅读说明：本技术 一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法 (Beam collimation method for debugging beam of accelerator beam line ) 是由 尹蒙 魏素敏 安世忠 张天爵 于 2019-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法，该束流线将束流从加速器引出、经过束流线传输将束流输送到各个应用终端；该方法包括以下步骤：将束流线的上一个偏转磁铁的真空室出口真空管道对准束流线下一个偏转磁铁的真空室入口真空管道；对上一个偏转磁铁加电、对下一个偏转磁铁不加电；用下一个不加电束流真空管道的束流准直测量上一个加电束流管道的束流准直，从而测量束流的偏移情况；根据束流偏移情况，进行加速器束流线偏转磁铁线圈通电电流大小的调整。本发明将束流不加电时的轨迹特性结合束流加电时束流轨迹特性，将两种特性组合一起，组合以后各技术特征在功能上彼此支持，并取得了加电时测量束流准直的新的技术效果。(The invention discloses a beam collimation method for debugging beams by a beam line of an accelerator, wherein the beam line leads the beams out of the accelerator and transmits the beams to each application terminal through beam line transmission; the method comprises the following steps: aligning the vacuum chamber outlet vacuum pipe of the previous deflection magnet of the beam streamline to the vacuum chamber inlet vacuum pipe of the next deflection magnet of the beam streamline; energizing the previous deflection magnet and not energizing the next deflection magnet; measuring the beam collimation of the previous charged beam pipeline by using the beam collimation of the next non-charged beam vacuum pipeline so as to measure the beam offset condition; and adjusting the magnitude of the electrifying current of the accelerator beam line deflection magnet coil according to the beam offset condition. The invention combines the track characteristic of the beam when the beam is not electrified with the track characteristic of the beam when the beam is electrified, combines the two characteristics together, functionally supports the technical characteristics after combination, and obtains the new technical effect of measuring beam collimation when the beam is electrified.)

一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法

技术领域

本发明属于加速器技术领域，具体涉及一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法。

背景技术

加速器是使带电粒子在高真空场中受磁场力控制、电场力加速而达到高能量的特种电、磁、高真空装置，是人为地提供各种高能粒子束或辐射线的现代化装备，是高能物理中的重要仪器。

如图1所示，束流线3是加速器1的重要组成部分，从加速器引出的束流经过束流线3的传输，输运到各个实验终端。

偏转磁铁2是束流线上的重要元件，在加速过程中，偏转磁铁2在控制粒子轨道时给粒子一个弯转力，使粒子沿给定的中心轨道运动；同时，给粒子一种聚焦力使之避免偏离中心轨道，返回到中心轨道中来而不致丢失。

现有技术解决束流偏离中心轨道的方法，一般只限于安装时保证束流线偏转磁铁2位置精确，如图1所示，束流线偏转磁铁2安装在束流线3的每个转弯处，通过束流线偏转磁铁2使得从加速器引出的束流在偏转磁铁处转弯、从而使得束流线转向达到预定目标。所述安装时保证束流线偏转磁铁2位置精确的方法如图2c所示，由于束流在不加电时就不会受到磁场力、其运行轨迹是一条直线，基于这个原理，安装时在2-7-1的位置向着2-7-2发送一束激光，激光打在有机玻璃板2-8上，有机玻璃板2-8安装时准直参照系为墙靶，所述墙靶将世界坐标系转换到建筑上，具体为：使用全站仪和水准仪，观察出口处的有机玻璃上的十字标与墙靶上十字标的位置关系，两十字标重合即完成准直。通过激光在有机玻璃板2-8上的位置能够知道束流线偏转磁铁2相对于世界坐标系的位置偏离，然后，如图2a、图2b的2-8所示，通过调节偏转磁铁底座2-8的X、Y、Z三个方向的旋钮(2-8-1、2-8-2、2-8-3)纠正偏转磁铁相对于束流线3的预定轨迹位置。

以上现有技术只限于断电安装时对于加速器束流线偏转磁铁组件的整体物理位置的调整、并没有对通电调束时加速器束流线偏转磁铁组件的束流电参数进行调整，而实际上束流在断电和通电情况下由于受到的场不一样，因此在偏转磁铁中是两个轨迹：束流在未通电、未受到磁场力时的理论上轨迹是一条直线，直线轨迹是从2-7-1到2-7-2，当束流通电时，受到磁极的转弯力，使得束流的轨迹发生偏转，从2-7-1偏转到2-7-3。由于偏转磁铁组件在束流线上一般并不是单独布设、而是2个以上偏转磁铁连续布设，通电时，上一个偏转磁铁的出口2-7-3要作为下一个偏转磁铁的入口2-7-1，由于通电时2-7-1、 2-7-3这两个口是联通的，所以不便于测试束流通电时的电参数，所述电参数为束流通电时距离入口2-7-1或者出口2--3管道中心线的距离。

目前国内尚无对于束流通电时电参数测量方法的先例。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法，目的在于解决通电时束流位置校准不便的难题，填补国内空白。

一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法，该束流线将束流从加速器引出、经过束流线传输将束流输送到各个应用终端；在束流线上每个转弯处设有连续摆放的2个以上的加速器束流线偏转磁铁组件，该2个以上的加速器束流线偏转磁铁组件给流经此处的束流施加一个转弯力使束流轨迹发生偏转；该加速器束流线偏转磁铁组件包括扇形体的束流线磁铁、对应扇形体的束流线磁铁束流入口和出口的两个直边侧面上的磁屏蔽板、与束流入口磁屏蔽板同侧布设的真空室入口真空管道、与束流出口磁屏蔽板同侧布设的真空室出口真空管道和真空室准直真空管道、布设在扇形体的束流线磁铁组件底部的可调支架；其特征在于，所述用于加速器束流线的束流准直方法，包括以下步骤：

步骤一，将束流线的上一个偏转磁铁的真空室出口真空管道对准束流线下一个偏转磁铁的真空室入口真空管道；

步骤二，对上一个偏转磁铁加电、对下一个偏转磁铁不加电；

步骤三，用下一个不加电束流真空管道的束流准直测量上一个加电束流管道的束流准直，从而测量束流的偏移情况；

步骤四，根据束流偏移情况，进行加速器束流线偏转磁铁线圈通电电流大小的调整。

所述步骤三的具体过程如下：

⑴在下一个不加电的束流真空管道端面安装荧光屏；

所述不加电束流真空管道为真空室准直真空管道；

⑵荧光屏的准直参照系为真空室准直真空管道中心线；

⑶束流从上一个加电偏转磁铁到下一个不加电偏转磁铁的方向为直线方向、且束流从上一个加电真空室出口真空管道流向下一个不加电真空室准直真空管道、并打在下一个真空室准直真空管道的荧光屏上；

⑷测量真空室准直真空管道的荧光屏上束流的偏离，并用此偏离作为上一个加电束流真空室出口真空管道的束流偏离。

所述步骤四的具体过程如下：

⑴若束流实际运动方向相对与线圈未通电时束流理论运动方向发生了沿束流方向的右侧偏移，则减小线圈通电电流，即减小加速器束流线偏转磁铁产生的磁场；

⑵若束流实际运动方向相对与线圈未通电时束流理论运动方向发生了沿束流方向的左侧偏移，则增大线圈通电电流，即增大加速器束流线偏转磁铁产生的磁场。

所述步骤一的上一个偏转磁铁的真空室出口真空管道和下一个偏转磁铁的真空室入口真空管道通过法兰对接。

本发明的优点效果

本发明将束流不加电时的轨迹特性结合束流加电时束流轨迹特性，将两种特性组合一起，用下一个不加电束流真空管道的束流准直测量上一个加电束流管道的束流准直，从而测量束流的偏移情况，组合以后各技术特征在功能上彼此支持，并取得了加电时测量束流准直的新的技术效果；组合后技术效果比每个技术特征效果的总和更优越，具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

图1为本实施例加速器束流线示意图；

图2a为本实施例偏转磁铁第一视角图；

图2b为本实施例偏转磁铁第二视角图；

图2c为本实施例偏转磁铁平剖图；

图3为本实施例基于两个偏转磁铁的束流准直方法示意图；

图中：1-加速器；2：加速器束流线偏转磁铁组件；3：束流线；2-1：磁极；2-2：吊环；2-3：靶标，2-4：连接件，2-5：磁轭，2-6：线圈，2-7-1-真空室出口真空管道，2-7-2-真空室准直真空管道，2-7-3-真空室入口真空管道，2-8：可调支架，2-8-1：X方向调整装置，2-8-2：Y方向调整装置，2-8-3：Z方向调整装置，3-线圈通电时束流理论运动方向，4-线圈未通电时束流理论运动方向。

具体实施方式

本发明设计原理：

1、断电安装时的准直对象和加电调束时的准直对象的区别。断电安装时的准直对象是束流线上的偏转磁铁，加电调束时的准直对象是偏转磁铁中的束流；

2、断电安装时的准直参照和加电调束时的准直参照的区别。断电安装时准直参照系是世界坐标系，准直管道端面有机玻璃上的十字标与墙靶上十字标，两十字标重合即完成准直。通电调束时准直参照系是准直管道中心线、安装在准直管道端面的荧光屏的圆心与准直管道圆心重合。

3、断电安装时进行准直测量所需要的偏转磁铁与通电调束时进行准直测量所需要的偏转磁铁数量的区别：前者只需要一个偏转磁铁，后者同时需要两个偏转磁铁，而且两个偏转磁铁的上一个必须是通电条件下测量，下一个必须是断电条件下测量。

4、本发明巧妙借用现有偏转磁铁具有一个入口管道(真空室入口真空管道)、两个出口管道(真空室出口真空管道和真空室准直真空管道)的结构，在不改变结构的情况下将一个偏转磁铁的两个出口管道分别在两个偏转磁铁上使用、并对两个偏转磁铁采用加电和不加电的方法，其中，真空室出口真空管道用于加电时的束流通道，真空室准直真空管道用于断电时的束流通道，再通过法兰连接上一个偏转磁铁的真空室出口真空管道和下一个偏转磁铁的真空室入口真空管道，使得上一个加电的束流从真空室出口真空管道流出后，其束流转向下一个不加电偏转磁铁的真空室准直真空管道，由此实现用下一个不加电束流真空管道的束流准直测量上一个加电束流管道的束流准直。

基于以上发明原理，本发明设计了一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法。

一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法，如图1所示，该束流线将束流从加速器1引出、经过束流线3传输将束流输送到各个应用终端；在束流线上每个转弯处设有连续摆放的2个以上的加速器束流线偏转磁铁组件2，该2个以上的加速器束流线偏转磁铁组件给流经此处的束流施加一个转弯力使束流轨迹发生偏转；该加速器束流线偏转磁铁组件包括扇形体的束流线磁铁2-0、对应扇形体的束流线磁铁束流入口和出口的两个直边侧面上的磁屏蔽板2-9、与束流入口磁屏蔽板同侧布设的真空室入口真空管道2-7-1、与束流出口磁屏蔽板同侧布设的真空室出口真空管道2-7-3和真空室准直真空管道 2-7-2、布设在扇形体的束流线磁铁组件底部的可调支架2-8；其特征在于，所述用于加速器束流线的束流准直方法，包括以下步骤：

如图3所示，

步骤一，将束流线的上一个偏转磁铁的真空室出口真空管道对准束流线下一个偏转磁铁的真空室入口真空管道；

步骤二，对上一个偏转磁铁加电、对下一个偏转磁铁不加电；

步骤三，用下一个不加电束流真空管道的束流准直测量上一个加电束流管道的束流准直，从而测量束流的偏移情况；

步骤四，根据束流偏移情况，进行加速器束流线偏转磁铁线圈通电电流大小的调整。

所述步骤三的具体过程如下：

⑴在下一个不加电的束流真空管道端面安装荧光屏2-8；

所述不加电束流真空管道为真空室准直真空管道；

⑵荧光屏的准直参照系为真空室准直真空管道中心线；

⑶束流从上一个加电偏转磁铁到下一个不加电偏转磁铁的方向为直线方向、且束流从上一个加电真空室出口真空管道流向下一个不加电真空室准直真空管道、并打在下一个真空室准直真空管道的荧光屏上；

⑷测量真空室准直真空管道的荧光屏上束流的偏离，并用此偏离作为上一个加电束流真空室出口真空管道的束流偏离。

所述步骤四的具体过程如下：

⑴若束流实际运动方向相对与线圈未通电时束流理论运动方向发生了沿束流方向的右侧偏移，则减小线圈通电电流，即减小加速器束流线偏转磁铁产生的磁场；

⑵若束流实际运动方向相对与线圈未通电时束流理论运动方向发生了沿束流方向的左侧偏移，则增大线圈通电电流，即增大加速器束流线偏转磁铁产生的磁场。

所述步骤一的上一个偏转磁铁的真空室出口真空管道和下一个偏转磁铁的真空室入口真空管道通过法兰对接。

实施例一

如图2a、2b、2c所示，加速器束流线偏转磁铁组件2，其主要由加速器束流线偏转磁铁2-0、真空室入口真空管道2-7-1、真空室出口真空管道2-7-3、真空室准直真空管道2-7-2、可调支架2-8等几部分组成。

如图2a、2b、2c所示，加速器束流线偏转磁铁2-0主要由磁极2-1、磁轭 2-5、线圈2-6、连接件2-4、靶标2-3、吊环2-2组成。磁极2-1与磁轭2-5在线圈2-6通电时形成磁场，保证加速器束流线内通过的束流按设计的束流方向进行偏转。连接件2-4连接上下磁极与磁轭2-5，使加速器束流线偏转磁铁2-0 成为一体。靶标2-3安装在磁轭2-5上方，用于加速器束流线偏转磁铁2-0的精调准直。吊环2-2安装在磁轭2-5上方，不遮挡靶标2-3的位置，用于粗调准直时吊装加速器束流线偏转磁铁2-0。

加速器束流线偏转磁铁2-0中心平面束流通过处安装有真空室，真空室上焊接有真空室入口真空管道2-7-1、真空室出口真空管道2-7-3、真空室准直真空管道2-7-2，保证加速器束流线偏转磁铁2-0真空室内的真空密封，确保束流在真空环境中进行传输。真空室束流入口处焊接有真空室入口真空管道 2-7-1，束流通过真空室入口真空管道2-7-1进入加速器束流线偏转磁铁2-0的真空室，真空室入口真空管道2-7-1与束流入口方向的加速器元件的真空管道采用真空密封连接。真空室束流出口处焊接有真空室出口真空管道2-7-2，束流通过真空室出口真空管道2-7-3进入束流出口方向的加速器元件的真空管道，真空室出口真空管道2-7-3与束流出口方向的加速器元件的真空管道采用真空密封连接。真空室与真空室入口真空管道2-7-1相对方向处焊接有真空室准直真空管道2-7-2，在加速器束流线偏转磁铁2安装时，保证束流线偏转磁铁位置精确，在加速器束流线调试束流时，保证束流线偏转磁铁内束流的位置精确。如图2c所示，加速器束流线偏转磁铁2-0的线圈2-6通电时，束流沿线圈通电时束流理论运动方向4进行传输，从真空室入口真空管道2-7-1入，从真空室出口真空管道2-7-3出，加速器束流线偏转磁铁2-0的线圈2-6不通电时，束流沿线圈未通电时束流理论运动方向4进行传输，从真空室入口真空管道 2-7-1入，从真空室准直真空管道2-7-2出。

如图2a、2b所示加速器束流线偏转磁铁2-0下方安装有可调支架2-8，当使用真空室准直真空管道2-7-2对加速器束流线偏转磁铁2进行准直时，需要根据加速器束流线偏转磁铁2的靶标2-3偏移情况进行位置调整，若加速器束流线偏转磁铁2-0发生了X方向偏移，则使用X方向调整装置2-8-1对加速器束流线偏转磁铁2进行X方向调整，若加速器束流线偏转磁铁2-0发生了Y 方向偏移，则使用Y方向调整装置2-8-2对加速器束流线偏转磁铁2-0进行Y 方向调整，若加速器束流线偏转磁铁2-0发生了Z方向偏移，则使用Z方向调整装置43对加速器束流线偏转磁铁2-0进行Z方向调整。当使用真空室准直真空管道2-7-2对加速器束流线偏转磁铁2-0内经过的束流进行准直时，需要根据经过加速器束流线偏转磁铁2-0的束流实际运动方向相对与线圈未通电时束流理论运动方向4的偏移情况，进行加速器束流线偏转磁铁2-0线圈 2-04通电电流大小的调整，若束流实际运动方向相对与线圈未通电时束流理论运动方向4发生了沿束流方向的右侧偏移，则减小线圈2-6通电电流，即减小加速器束流线偏转磁铁2-0产生的磁场，若束流实际运动方向相对与线圈未通电时束流理论运动方向4发生了沿束流方向的左侧偏移，则增大线圈2-6通电电流，即增大加速器束流线偏转磁铁2-0产生的磁场。

磁极2-1与磁轭2-5材料为电工纯铁(DT4)或硅钢片，线圈2-6材料为紫铜，真空室入口真空管道2-7-1、真空室出口真空管道2-7-3、真空室准直真空管道2-7-2材料为不锈钢或防锈铝或陶瓷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。