改进的多极磁铁的制作方法
【专利说明】改进的多极磁铁
[0001 ] 本申请是申请日为2011年10月4日，申请号为201180048194.7，发明名称为“改进的多极磁铁”的申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及改进的多极磁铁，且更具体地，虽然不是排他地，涉及包括永久磁铁并适合于使带电粒子束偏转、聚焦或以另外方式改变带电粒子束的特征的改进的多极磁铁。
【背景技术】
[0003]多极磁铁由多个磁极组成，且除了别的以外还用于在粒子加速器中使带电粒子束偏转、聚焦或以另外方式改变带电粒子束的特征。多极磁铁可用于改变粒子束的总方向，使粒子束聚焦或散焦，或校正粒子束中的偏差。用于执行这些任务的多极磁铁的适合性在很大程度上由所存在的磁极的数量确定。具有四个磁极的四极磁铁例如特别适合于使带电粒子束聚焦和散焦。在现代粒子加速器束线中，可沿着单个束线部署数百个多极磁铁。在所提出的未来的束线中，对于单个束线可能需要数千个多极磁铁。
[0004]在多极磁铁布置中使用的磁铁可以是由卷绕在铁磁极周围的载流导线组成的电磁铁或被内在地磁化的永久磁铁。
[0005]电磁铁一般需要昂贵的电源，且也可能需要冷却装置来移除载流线圈所产生的热。冷却装置可包括例如能够使冷却剂循环的管道工程系统或用于使冷却的空气循环的气流系统。任何冷却系统将引起与每个多极磁铁相关的额外的设立和运行成本，且也将需要在多极磁铁周围的足够空间，多极磁铁在该空间中操作。
[0006]相反，永久磁铁多极磁铁不需要电源或冷却系统。在US-A-2002/0158736(Gottschalk C.C.)中描述了永久磁铁多极磁铁的例子。Gottschalk多极磁铁包括多个铁磁极和相对于这些极可移动以在磁极之间产生可变磁场的一个或多个永久磁铁。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供改进的多极磁铁，其包括永久磁铁且优于现有技术的多极磁铁。
[0008]根据本发明的第一方面，提供了用于使带电粒子束偏转的多极磁铁，其包括:
[0009]布置在极平面中的多个铁磁极；
[0010]多个永久磁铁，每个永久磁铁具有磁化方向，且每个永久磁铁布置成将磁通势供应到多个铁磁极以在磁极之间的束线空间中沿着极平面产生磁场；以及
[0011]多个铁磁通量传导构件，其布置成引导来自多个永久磁铁中的至少一个的磁通量；
[0012]其中多极磁铁包括偶数数量的铁磁极，每个磁极布置成在极平面中沿着极轴与所述磁极中的另一个直径地相对，其中多个永久磁铁中的每个具有与其相关的多个磁极中的至少一个，其中每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成至少45°的角。
[0013]在优选实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成小于或等于135°的角。在另一或可选的优选实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成75°的角。在另一可选的优选实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成至少90°的角。在另一可选的实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成120°的角。
[0014]在上面描述的实施方式中的任一个中，多极磁铁能够产生高质量磁场，其不需要电源或冷却系统，且可在最小体积内被构造。因此，多极磁铁特别适合于用在束线中，其中空间被特别限制(例如在屏蔽的外罩例如隧道中)，或其中在周围空间中的热耗散的减少是约束。考虑到不需要电源，这些多极磁铁中的很大数量的磁铁与类似数量的电磁多极磁铁比较可以以明显更低的成本操作。
[0015]在优选实施方式中，多个永久磁铁和多个铁磁通量传导构件中的至少一个在极平面中相对于多个铁磁极是可移动的，以便改变束线空间中的磁场的强度。这个优选的特征给多极磁铁提供可调节性，由此，通过控制多个永久磁铁和多个铁磁通量传导构件中的至少一个的位移来控制束线空间中的磁通量密度。
[0016]优选地，每个铁磁通量传导构件处于与相关铁磁极间隔开的布置中，且只有多个永久磁铁在极平面中相对于铁磁极是可移动的。
[0017]在可选的优选实施方式中，每个永久磁铁在极平面中连同相关的铁磁通量传导构件相对于相关的铁磁极是可移动的，使得在每个永久磁铁和其相关的铁磁通量传导构件之间的相对运动实质上不被允许。此外优选地，多个永久磁铁和多个铁磁通量传导构件中的至少一个沿着极平面沿着定向成相对于相关磁极的极轴成45°的角的路径是可移动的。
[0018]在一个优选的实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成大于45°和小于135°的角，且多个永久磁铁中的每个与多个磁极之一相关；以及
[0019]铁磁通量传导构件中的至少一些包括引导两个相邻磁极的永久磁铁之间的磁通量的铁磁桥。
[0020]根据本发明的第二方面，提供了用于使带电粒子束偏转的多极磁铁，其包括:
[0021]布置在极平面中的多个铁磁极；
[0022]多个永久磁铁，其布置成将磁通势供应到多个铁磁极中的至少一个以在磁极之间的束线空间中沿着极平面产生磁场；以及
[0023]多个铁磁通量传导构件，其布置成引导来自多个永久磁铁中的至少一个的磁通量；
[0024]其中多个永久磁铁和多个铁磁通量传导构件中的至少一个在极平面中相对于多个铁磁极是可移动的，以便改变束线空间中的磁场的强度。
[0025]多极磁铁因此能够产生高质量可调节磁场，其不需要外部电源或冷却系统，且可在最小体积内被构造。因此，多极磁铁特别适合于用在束线中，其中空间被特别限制(例如在屏蔽的外罩例如隧道中)，或其中在周围空间中的热耗散的减少是约束。考虑到不需要电源，这些多极磁铁中的很大数量的磁铁与类似数量的电磁多极磁铁比较可以以明显更低的成本操作。
[0026]优选地，每个铁磁通量传导构件处于与相关铁磁极间隔开的布置中，且只有多个永久磁铁在极平面中相对于铁磁极是可移动的。
[0027]在可选的优选实施方式中，每个永久磁铁在极平面中连同相关的铁磁通量传导构件相对于相关的铁磁极是可移动的，使得在每个永久磁铁和其相关的铁磁通量传导构件之间的相对运动实质上不被允许。
[0028]在特别优选的实施方式中，多极磁铁包括偶数数量的铁磁极，每个磁极布置成在极平面中沿着极轴与磁极中的另一个直径地相对。优选地，多个永久磁铁和多个铁磁通量传导构件中的至少一个沿着极平面沿着被定向成相对于相关磁极的极轴成至少45°的角的路径是可移动的。
[0029]在优选实施方式中，多个永久磁铁中的每个具有磁化方向，且每个永久磁铁具有与其相关的、多个磁极中的至少一个，其中每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成至少45°的角。
[0030]在优选实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成小于或等于135°的角。在另一或可选的优选实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成75°的角。在另一可选的优选实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成至少90°的角。在另一可选的实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成120°的角。
[0031]在上面描述的实施方式中的任一个中，多极磁铁能够产生高质量磁场，其不需要电源或冷却系统，且可在最小体积内被构造。因此，多极磁铁特别适合于用在束线中，其中空间被特别限制(例如在屏蔽的外罩例如隧道中)，或其中在周围空间中的热耗散的减少是约束。考虑到不需要电源，这些多极磁铁中的很大数量的磁铁与类似数量的电磁多极磁铁比较可以以明显更低的成本操作。
[0032]在一个优选的实施方式中，每个永久磁铁的磁化方向被定向成在极平面中相对于相关磁极的极轴成大于45°和小于135°的角，且多个永久磁铁中的每个与多个磁极之一相关；以及
[0033]铁磁通量传导构件中的至少一些包括引导两个相邻磁极的永久磁铁之间的磁通量的铁磁桥。
[0034]当永久磁铁远离磁极移动时，较少的磁通量穿过磁极并进入束线空间中。永久磁