CN114694916A - 一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体及其制备方法 - Google Patents
一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，所述六极永磁体为圆筒形，圆筒形的所述六极永磁体包括由内而外依次同轴套的钕铁硼磁块区、固定屏蔽层和辐射屏蔽层。圆筒形状的六极永磁体在内壁上产生高于1.4T以上的径向磁场，在有限的尺寸下产生较高的径向磁场，自身无退磁风险，且在较强的轴向磁镜场下无退磁风险。
Description
技术领域
本发明属于磁约束领域，尤其涉及一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体及其制备方法。
背景技术
ECR(Electron Cyclotron Resonance)离子源是利用轴向磁镜场与径向六极磁场叠加而形成的最小B磁场约束等离子体，通过馈入特定频率f的微波加热电子，再通过高能电子逐级剥离中性原子,产生高电荷态离子，引出的高电荷态离子束流强度随着微波频率f提高，轴向磁镜场和径向六极磁场都需要达到一定磁场强度。其径向六极磁场由线包或永磁体产生，常规线包产生的径向磁场强度有限，达不到强流高电荷态ECR离子源的需求，超导线圈可以产生很高的磁场强度，与轴向超导线圈构成的全超导ECR离子源，结构复杂制造难度大，且运行中出现一点微小滑动都会引起失超。
永磁体产生的径向磁场可以满足高电荷态ECR离子源运行在18GHz频率以下的需求，很难满足强流高电荷态ECR离子源运行在18-24GHz频率范围的需求，因为永磁体产生较高的径向磁场受限于空间尺寸，传统的Halbach结构无法突破，且在较强的轴向磁镜场中存在退磁风险。
强流高电荷态ECR离子源需要较高的轴向磁镜场和径向六极磁场，产生六极磁场的永磁体外径尺寸有限，较大的外径尺寸能提高径向磁场，但会增加制造难度和风险，同时提高了轴向线圈的制造难度。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，在有限的尺寸下产生较高的径向磁场，自身无退磁风险，且在较强的轴向磁镜场下无退磁风险。本发明的另一个目的是提供了一种所述用于强流高电荷态的六极永磁体的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的一方面提供了一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，所述六极永磁体为圆筒形，圆筒形的所述六极永磁体包括由内而外依次同轴套设的钕铁硼磁块区、固定屏蔽层和辐射屏蔽层。
进一步地，所述钕铁硼磁块区沿着轴向方向等分为多段，每一段均包括若干个扇形磁块，若干个所述扇形磁块沿着周向方向依次连接形成为环形，其中6块所述扇形磁块为极头磁块，6块所述极头磁块沿着周向阵列分布，6块所述极头磁块形成为3组，每组所述极头磁块均包括N极磁块和S极磁块，同一组的所述N极磁块和S极磁块相对设置。
进一步地，所述扇形磁块形成为包括两层，每块所述扇形磁块由内层扇形磁块和对应的外层扇形磁块固定粘结而成。
进一步地，每个所述扇形磁块的角度为10°。
进一步地，所述极头磁块包括外层极头磁块和内层极头磁块，外层极头磁块的角度为10°，内层极头磁块为两块5°的扇形极头磁块拼接而成。
进一步地，所述内层扇形磁块中有6块为SH型钕铁硼磁块，6块所述SH型钕铁硼磁块沿着周向阵列设置，每一块所述SH型钕铁硼磁块与相邻的两侧的所述极头磁块之间的间隔相同。
进一步地，所述外层极头磁块为AH型钕铁硼磁块，6块所述AH型钕铁硼磁块沿着周向阵列设置。
进一步地，所述极头磁铁块的充磁方向夹角为40°，所述极头磁块相邻的两块扇形磁块充磁方向夹角为60°。
进一步地，还包括两块盖板，所述盖板固定安装在所述圆筒形的所述六极永磁体的两端。
进一步地，所述固定屏蔽层为采用软铁材料制备而成，且厚度为9mm。
进一步地，所述辐射屏蔽层为铅类防辐射材料制成，且厚度为1mm。
另一方面，本发明还提供了一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体的制备方法，包括步骤：
根据长方体毛坯钕铁硼磁化方向，将切割的扇形块完成充磁；
将两块5°的扇形极头磁块粘结形成内层极头磁块；
将内层极头磁块和两侧的10°的内层扇形磁块粘结形成第一磁块；
将外层的3块10°外层扇形磁块粘结为一体形成第二磁块；
将所述第一磁块与所述第二磁块粘结为一体形成第三扇形磁块；
将SH型钕铁硼磁块和位于两侧的10°内层扇形磁块粘结形成为第四磁块；
将外层的3块10°的外层扇形磁块粘结为一体形成第五磁块；
将所述第四磁块和第五磁块粘结为一体形成第六扇形磁块；
将若干个所述第三扇形磁块和第六扇形磁块沿着圆周方形依次交错粘结形成圆筒形的钕铁硼磁块；
将多段所述钕铁硼磁块沿着轴向方向依次铺设形成为所述钕铁硼磁块区；
将所述固定屏蔽层和辐射屏蔽层依次套设在所述钕铁硼磁块区的外侧，两端通过所述盖板进行封闭固定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明中的六极永磁体结构为圆筒型，钕铁硼磁块区长度即圆筒形状长度根据ECR离子源轴向磁镜场长度决定，制造过程中分多段组成，降低了制造难度；圆筒形状的六极永磁体在内壁上产生高于1.4T以上的径向磁场，在有限的尺寸下产生较高的径向磁场，自身无退磁风险，且在较强的轴向磁镜场下无退磁风险。
每段钕铁硼磁块区分成36块10度扇形结构，36块10°扇形磁块形成为包括内外两层，内层极头N/S 10度扇形分成2块5度扇形，不仅制造难度降低，而且提供了优化扇形充磁方向的空间和材料型号选择的范围。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是用于强流高电荷态的六极永磁体的轴视图；
图2是用于强流高电荷态的六极永磁体的剖面图；
图3是自身合成场导致的退磁风险区的结构示意图；
图4是轴向磁镜场导致退磁风险区的结构示意图；
附图中各标记表示如下：
1-SH型钕铁硼磁块；2-AH型钕铁硼磁块；3-扇形磁块；4-极头磁块；5-固定屏蔽层；6-辐射屏蔽层；7-盖板、8-钕铁硼磁块区。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的实施例提供了一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述六极永磁体为圆筒形，圆筒形的所述六极永磁体包括由内而外依次同轴套设的钕铁硼磁块区8、固定屏蔽层5和辐射屏蔽层6。圆筒形状的六极永磁体在内壁上产生高于1.4T以上的径向磁场，在有限的尺寸下产生较高的径向磁场，自身无退磁风险，且在较强的轴向磁镜场下无退磁风险。
如图1所示，所述六极永磁体为圆筒形，圆筒形的所述六极永磁体包括由内而外依次同轴套的钕铁硼磁块区8、固定屏蔽层5和辐射屏蔽层6，因此本发明中的六极永磁体为多层结构。所述钕铁硼磁块区8的外部和所述固定屏蔽层5接触固定，所述辐射屏蔽层6覆盖在所述固定屏蔽层5的外表面。所述六极永磁体还包括两个端盖7，两个所述端盖7分别固定安装在所述六极永磁体的两端。
所述钕铁硼磁块区8沿着轴向方向等分为多段，每一段均包括36个扇形磁块，若干个所述扇形磁块3沿着周向方向依次连接形成为环形，其中6块所述扇形磁块3为极头磁块，6块所述极头磁块沿着周向阵列分布，6块所述极头磁块形成为3组，每组所述极头磁块均包括N极磁块和S极磁块，同一组的所述N极磁块和S极磁块相对设置。通过将通过组的所述N极磁块和S极磁块相对设置形成径向磁场。
为了进一步提高径向磁场强度，所述扇形磁块3形成为包括两层，每块所述扇形磁块由内层扇形磁块和对应的外层扇形磁块固定粘结而成。
作为优选的，每个所述扇形磁块3的角度为10°
为了进一步提高进行磁场的强度，本发明的所述极头磁块4包括外层极头磁块和内层极头磁块，外层极头磁块的角度为10°，内层极头磁块为两块5°的扇形极头磁块拼接而成。
内层扇形磁块中有6块为SH型钕铁硼磁块1，6块所述SH型钕铁硼磁块1沿着周向阵列设置，每一块所述SH型钕铁硼磁块1与相邻的两侧的所述极头磁块4之间的间隔相同。作为优选的，本发明中每一块所述SH型钕铁硼磁块1与相邻两侧的所述扇形磁块3以及对应的外层扇形磁块粘结形成为自身合成场导致的退磁风险区。本发明中通过所述SH型钕铁硼磁块1的设置能够减小磁体内层由于自身合成场导致的退磁风险。相邻两侧的所述扇形模块为M型钕铁硼磁块。
所述外层极头磁块为AH型钕铁硼磁块2，6块所述AH型钕铁硼磁块2沿着周向阵列设置。每一块所述AH型钕铁硼磁块2与相邻两侧的扇形磁块3以及对应的内层极头磁块形成为轴向磁镜场导致退磁风险区。本发明中通过所述AH型钕铁硼磁块2的设置能够减小磁体外层轴向磁镜场导致的退磁风险。
所述极头磁铁块4的充磁方向夹角为40°，与所述极头磁块4相邻的两块扇形磁块充磁方向夹角为60°。
所述固定屏蔽层5优选为软铁类高磁导率应用级材料制成，厚度约9mm。
所述辐射屏蔽层6优选为铅类防穿透性较强的电离辐射材料制成，厚度约1mm。
本发明还提供了一种所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体的制备方法，包括步骤：
根据长方体毛坯钕铁硼磁化方向，将切割的扇形块完成充磁
将两块5°的内层扇形极头磁块粘结形成10°的内层极头磁块；
将内层极头磁块和两侧的10°的内层扇形磁块粘结形成第一磁块；
将外层的3块10°外层扇形磁块粘结为一体形成第二磁块；
将所述第一磁块与所述第二磁块粘结为一体形成第三磁块扇形磁块；所述第三扇形磁块为自身合成场导致的退磁风险区组。
将SH型钕铁硼磁块1和位于两侧的10°内层扇形磁块粘结形成为第四磁块；
将外层的3块10°的外层扇形磁块粘结为一体形成第五磁块；
将所述第四磁块和第五磁块粘结为一体形成第六扇形磁块，所述第六扇形磁块为轴向磁镜场导致退磁风险区；
将若干个所述第三扇形磁块和第六扇形磁块沿着圆周方形依次交错粘结形成圆筒形的钕铁硼磁块；
将多段所述钕铁硼磁块沿着轴向方向依次铺设形成为所述钕铁硼磁块区8；
将所述固定屏蔽层5和辐射屏蔽层6依次套设在所述钕铁硼磁块区8的外侧，两端通过所述盖板7进行封闭固定。
本发明提供的所述六极永磁体圆筒形状的六极永磁体在内壁上产生高于1.4T以上的径向磁场，在有限的尺寸下产生较高的径向磁场，自身无退磁风险，且在较强的轴向磁镜场下无退磁风险。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述六极永磁体为圆筒形，圆筒形的所述六极永磁体包括由内而外依次同轴套设的钕铁硼磁块区、固定屏蔽层和辐射屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁块区沿着轴向方向等分为多段，每一段均包括若干个扇形磁块，若干个所述扇形磁块沿着周向方向依次连接形成为环形，其中6块所述扇形磁块为极头磁块，6块所述极头磁块沿着周向阵列分布，6块所述极头磁块形成为3组，每组所述极头磁块均包括N极磁块和S极磁块，同一组的所述N极磁块和S极磁块相对设置。
3.根据权利要求2所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述扇形磁块形成为包括两层，每块所述扇形磁块由内层扇形磁块和对应的外层扇形磁块固定粘结而成。
4.根据权利要求3所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，每个所述扇形磁块的角度为10°。
5.根据权利要求4所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述极头磁块包括外层极头磁块和内层极头磁块，外层极头磁块的角度为10°，内层极头磁块为两块5°的扇形极头磁块拼接而成。
6.根据权利要求5所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述内层扇形磁块中有6块为SH型钕铁硼磁块，6块所述SH型钕铁硼磁块沿着周向阵列设置，每一块所述SH型钕铁硼磁块与相邻的两侧的所述极头磁块之间的间隔相同。
7.根据权利要求6所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述外层极头磁块为AH型钕铁硼磁块，6块所述AH型钕铁硼磁块沿着周向阵列设置。
8.根据权利要求7所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述极头磁铁块的充磁方向夹角为40°，所述极头磁块相邻的两块扇形磁块充磁方向夹角为60°。
9.根据权利要求8所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，还包括两块盖板，所述盖板固定安装在所述圆筒形的所述六极永磁体的两端。
10.根据权利要求1所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述固定屏蔽层为采用软铁材料制备而成，且厚度为9mm。
11.根据权利要求1所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体，其特征在于，所述辐射屏蔽层为铅类防辐射材料制成，且厚度为1mm。
12.一种如权利要求6所述的用于强流高电荷态离子源的六极永磁体的制备方法，其特征在于，包括步骤：
根据长方体毛坯钕铁硼磁化方向，将切割的扇形块完成充磁；
将两块5°的扇形极头磁块粘结形成内层极头磁块；
将内层极头磁块和两侧的10°的内层扇形磁块粘结形成第一磁块；
将外层的3块10°外层扇形磁块粘结为一体形成第二磁块；
将所述第一磁块与所述第二磁块粘结为一体形成第三扇形磁块；
将SH型钕铁硼磁块和位于两侧的10°内层扇形磁块粘结形成为第四磁块；
将外层的3块10°的外层扇形磁块粘结为一体形成第五磁块；
将所述第四磁块和第五磁块粘结为一体形成第六扇形磁块；
将若干个所述第三扇形磁块和第六扇形磁块沿着圆周方形依次交错粘结形成圆筒形的钕铁硼磁块；
将多段所述钕铁硼磁块沿着轴向方向依次铺设形成为所述钕铁硼磁块区；
将所述固定屏蔽层和辐射屏蔽层依次套设在所述钕铁硼磁块区的外侧，两端通过所述盖板进行封闭固定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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