一种粒子加速器用的抗辐射二极磁铁

本发明涉及一种粒子加速器，特别是关于一种粒子加速器用的抗辐射二极磁铁。

背景技术：

1、二极磁铁是粒子加速器中常见的一种磁元件，其主要功能是提供高品质二极磁场，引导电粒子在一定范围内进行偏转。传统二极磁铁大都为水冷电磁铁，其基本组成结构一般为铁芯、线圈及水管组件等，其中为了提高磁场强度及磁场品质，其铁芯结构一般为h形结构，而相应的线圈也基本为跑道形结构。然而，这些传统二极磁铁结构及设计方案均难以满足强辐射环境下的运行需要，其主要存在以下几方面的问题：1、h形磁铁的跑道形线圈结构在磁铁端部会受到由粒子束带来的高强度辐射，严重威胁其使用寿命；2、浇注线圈的普通树脂环氧耐辐射剂量低，长时间暴露于强辐射环境下会发生碳化、剥离破坏等，进而引发线圈匝间短路等；3、传统的水管组件包含大量的橡胶等有机材料，在强辐射环境下短期运行就极有可能出现水管裂缝、破坏等影响磁铁稳定运行的不利因素。

2、针对以上问题目前工程技术人员基本采用以下两种方式提高二极磁铁在强辐射环境中的使用寿命及运行稳定性，一是通过在磁铁周围加装铅块、石蜡块及不锈钢块等材料降低作用在磁铁重要部位的辐射剂量，但该方式极易受空间、位置的影响而大幅降低对磁铁“辐射防护”的预期，收效甚微。二是通过采用氧化镁铜导线绕制线圈，该方式可有效避免强辐射环境下线圈匝间绝缘性能退化、破坏等问题，但受氧化镁铜导线复杂的加工工艺及结构的影响，绕制成线圈成品后极易出现绝缘层失效等问题，且绕制的弯转半径较大，非常占用空间，另外，其传统的水管组件难以在强辐射环境下长时间使用等问题依然没用得到有效解决。

3、综上所述，在强辐射环境下提高磁铁的使用寿命及其运行稳定性等方面依然存在诸多问题和瓶颈，也是目前亟待解决的关键工程技术问题之一。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，该磁铁弥补了现有技术的不足，提高了磁铁在强辐射环境下的运行稳定性及其使用寿命，且结构简单、紧凑。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其包括：铁芯，采用h形结构；线圈，设置在铁芯内，且线圈在铁芯的两端部翘起形成马鞍形结构；抗辐射水管组件，设置在铁芯一端的外部，且抗辐射水管组件的出口端与线圈的出线头连接，以向线圈内提供冷却水，抗辐射水管组件的入口端与外部冷却装置连接。

3、进一步，铁芯采用dt4软磁材料制成。

4、进一步，线圈采用外方内圆的tu1铜线绕制而成，且绕制成线圈后tu1铜线的末端形成线圈用于连接抗辐射水管组件的出线头。

5、进一步，tu1铜线在绕制过程中，线圈匝间绝缘采用聚酰亚胺和玻璃丝布进行半叠包处理，并由真空环氧浇注而成。

6、进一步，浇注线圈的树脂环氧采用加入了陶瓷粉的抗辐射环氧。

7、进一步，抗辐射水管组件包括多根并列设置的抗辐射水管和金属卡套接板；金属卡套接板固定设置在铁芯的外部，且金属卡套接板上设置有多个通孔；多根并列设置的抗辐射水管的两端分别通过通孔穿设在一个金属卡套接板。

8、进一步，每根抗辐射水管都包括陶瓷管、紫铜管和金属卡套接头；

9、陶瓷管的两端分别连接一根紫铜管，每根紫铜管的端部都连接有金属卡套接头。

10、进一步，陶瓷管与紫铜管之间采用焊接连接。

11、进一步，陶瓷管、紫铜管和金属卡套接头均为中空结构，且金属卡套接头的外径与线圈的铜线内径呈对应设置，其中一个金属卡套接头将线圈的出线头与抗辐射水管组件连接。

12、进一步，位于抗辐射水管组件的入口端一侧设置有集流管，多根并列设置的抗辐射水管的端部通过另一个金属卡套接头与集流管连接。

13、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

14、本发明在粒子加速器上使用的抗辐射二极磁铁，该抗辐射二极磁铁包括铁芯、马鞍形抗辐射线圈以及用于线圈水冷的抗辐射水管组件。该磁铁弥补了传统二极磁铁在强辐射环境中失效以及现有的磁铁抗辐射技术的不足，可显著提高二极磁铁在强辐射环境下的运行稳定性及其使用寿命，且结构简单、紧凑，不易出现故障。

技术特征：

1.一种粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，铁芯采用dt4软磁材料制成。

3.如权利要求1所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，线圈采用外方内圆的tu1铜线绕制而成，且绕制成线圈后tu1铜线的末端形成线圈用于连接抗辐射水管组件的出线头。

4.如权利要求3所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，tu1铜线在绕制过程中，线圈匝间绝缘采用聚酰亚胺和玻璃丝布进行半叠包处理，并由真空环氧浇注而成。

5.如权利要求4所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，浇注线圈的树脂环氧采用加入了陶瓷粉的抗辐射环氧。

6.如权利要求1所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，抗辐射水管组件包括多根并列设置的抗辐射水管和金属卡套接板；金属卡套接板固定设置在铁芯的外部，且金属卡套接板上设置有多个通孔；多根并列设置的抗辐射水管的两端分别通过通孔穿设在一个金属卡套接板。

7.如权利要求6所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，每根抗辐射水管都包括陶瓷管、紫铜管和金属卡套接头；

8.如权利要求7所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，陶瓷管与紫铜管之间采用焊接连接。

9.如权利要求6所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，陶瓷管、紫铜管和金属卡套接头均为中空结构，且金属卡套接头的外径与线圈的铜线内径呈对应设置，其中一个金属卡套接头将线圈的出线头与抗辐射水管组件连接。

10.如权利要求6所述粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其特征在于，位于抗辐射水管组件的入口端一侧设置有集流管，多根并列设置的抗辐射水管的端部通过另一个金属卡套接头与集流管连接。

技术总结
本发明涉及一种粒子加速器用的抗辐射二极磁铁，其包括：铁芯，采用H形结构；线圈，设置在铁芯内，且线圈在铁芯的两端部翘起形成马鞍形结构；抗辐射水管组件，设置在铁芯一端的外部，且抗辐射水管组件的出口端与线圈的出线头连接，以向线圈内提供冷却水，抗辐射水管组件的入口端与外部冷却装置连接。本发明的磁铁弥补了现有技术的不足，提高了磁铁在强辐射环境下的运行稳定性及其使用寿命，且结构简单、紧凑。

技术研发人员：胡强,姚庆高,魏艳群,韩晓科
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16