DE2234417A1 - MAGNETIC SYSTEM, IN PARTICULAR QUADRUPOLE MAGNET - Google Patents
MAGNETIC SYSTEM, IN PARTICULAR QUADRUPOLE MAGNETInfo
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Description
MANNHEIM ; " BROWNBOVEFt! MANNHEIM ; "BROWNBOVEFt!
Mp. -Hr ,518/12 Mannheim, den IU Juli 1972 Mp. -Hr , 518/12 Mannheim, IU July 1972
PAT-H/BtPAT-H / Bt
Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem, insbesondere einen Quadrupol-Magnet für physikalische Anlagen zur Beschleunigung und Führung von Teilchenstrahlen (z.B. Elektronen oder Protonen), bei dem die Spulen in Ausnehmungen des im Querschnitt quadratischen Eisenkörpers angeordnet sind.The invention relates to a magnet system, in particular one Quadrupole magnet for physical systems for acceleration and guiding of particle beams (e.g. electrons or protons), in which the coils are in recesses in the cross-section square iron body are arranged.
Bei großen Kreisbeschleunigern ist eine größere Anzahl von Magneten auf einer Kreisbahn angeordnet. Bekannte Magnete dieser Art sind z.B. als sogenannte Quadrupol-Magnete aufgebaut. Ein solcher Magnet ist z.B. aus der DT-AS 1 212 234 bekannt. Er besteht aus einem mit Nuten versehenen, ringförmigen Körper aus magnetisch gut leitendem Material und einer auf die Nuten verteilten Wicklung aus konzentrisch zu jeder Polachse angeordneten Spulen. In der Längsachse des ringförmigen Körpers ist ein evakuiertes Rohr aus magnetisch nicht leitendem Material angeordnet, in dem durch das Magnetfeld der Teilchenstrahlen-» bündel beschleunigt wird.For large circular accelerators, a larger number of Magnets arranged on a circular path. Known magnets this one Art are e.g. constructed as so-called quadrupole magnets. Such a magnet is known, for example, from DT-AS 1 212 234. It consists of a grooved, annular body made of magnetically highly conductive material and one on the grooves distributed winding of coils arranged concentrically to each pole axis. In the longitudinal axis of the annular body is an evacuated tube made of magnetically non-conductive material, in which the magnetic field of the particle beams bunch is accelerated.
Es ist fernerhin ein Magnetsystem vorgeschlagen worden, das z.B. aus vier Teilblechpaketen mit einer Länge von einigen Metern besteht, und von denen jedes im Querschnitt die Form eines gleichseitigen Dreiecks hat. Aus vier solchen Teilblechpaketen ist ein Magnet mit quadratischem Blechquerschnitt zusammengesetzt. Die Magnete sind also ähnlich wie Transfor-*There has also been proposed a magnet system that e.g. consists of four sheet metal stacks with a length of a few meters, each of which has the shape in cross section of an equilateral triangle. From four such partial sheet stacks is composed of a magnet with a square sheet metal cross-section. So the magnets are similar to transform- *
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matoren aus ausgestanzten Blechen zusammengesetzt. Im Zentrum des Magneten ist das Beschleunigungsrohr angeordnet, In seitlichen Ausnehmungen der im Querschnitt dreieckigen Blechpakete ist auf jedes der einzelnen Blechpakete eine Spule vom Zentnun aus eingesetzt. Um das Einsetzen zu ermöglichen, ist, wie erwähnt, der Magnetkern aus vier dreieckförmigen Teilkernen zusammengesetzt .mators composed of punched sheets. The acceleration tube is located in the center of the magnet, in the side Recesses in the laminated cores, which are triangular in cross-section, have a central coil on each of the individual laminated cores used from. In order to enable the insertion, as mentioned, the magnetic core is composed of four triangular partial cores.
Die Blechpakete werden jeweils einzeln hergestellt. Die Magnet- I spulen werden jede für sich imprägniert und in einem speziellen Werkzeug ausgehärtet. Die fertigen Spulen werden dann, wie erwähnt, eingesetzt. Anschließend werden jeweils vier der im Querschnitt dreieckigen Ble.chpakete zu einem Magneten zusammen- jThe sheet metal stacks are each manufactured individually. The magnet coils are each impregnated and in a special one Hardened tool. The finished coils are then used, as mentioned. Then four of the im Cross-section of triangular sheet metal packets together to form a magnet - j
.χ..χ.
gesetzt, wobei die Spulenseiten von zwei verschiedenen Teilmagneten nebeneinander zu liegen kommen. Die vier Teilblechpakete werden durch eine entsprechende Haltekonstruktion zusammengehalten und mit dieser verschweißt. Vor dem Zusammensetzen· ist es erforderlich, die einander zugekehrten Flächen benachbarter Blechpakete mit sehr großer Genauigkeit zu bearbeiten, um den luftspalt zwischen den Teilblechpaketen möglichsip klein zu halten und die lage der Pole zueinander genau zu j fixieren, womit eine symmetrische Feldverteilung erreicht wird Diese Genauigkeitsbearbeitung ist mit einem sehr erheblichen Kostenaufwand verbunden. Nachteilig ist bei dieser Konstruktion weiterhin, daß pro Magnet vier Teilblechkörper geschichtet werden müssen. Weiterhin wird durch die Vierteilung des Magnetkernes der mechanische Schubfluß nur über die aufgeschweißten laschen übertragen, wodurch sich eine Verringerung der Verwindungssteifigkeit ergibt. Insgesamt gesehen wird die Anzahl der Arbeitsgänge bei der bekannten Blechpaketanordnung also vervierfacht, denn es sind jeweils vier Einzelbleche auszustanzen, es sind vier Quadranten zu schichten und es ist viermal der Imprägniervorgang durchzuführen.set, with the coil sides of two different partial magnets come to lie next to each other. The four sheet metal stacks are held together by a corresponding holding structure and welded to it. Before assembling · it is necessary to remove the facing surfaces to process neighboring laminated cores with great accuracy in order to make the air gap between the partial laminated cores possible to keep small and to fix the position of the poles to one another exactly, whereby a symmetrical field distribution is achieved This precision machining is associated with a very considerable expense. This construction has the disadvantage Furthermore, four sheet metal parts must be layered per magnet. Furthermore, by dividing the Magnetic core, the mechanical thrust flux is only transmitted via the welded-on tabs, which results in a reduction the torsional stiffness results. Overall, the number of work steps in the known laminated core arrangement so quadrupled, because there are four individual sheets to be punched out, four quadrants have to be layered and the impregnation process has to be carried out four times.
*dreieckförmigen* triangular
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Aufbau eines solchen Magnetsystems zu vereinfachen,die Anzahl der erforderlichen Arbeitsgänge" zu verringern und damit die Herstellungskosten zu senken .und die Qualität des Magnetkernes zu verbessern.It is the object of the invention to simplify the construction of such a magnet system, the number of required Operations "to reduce and thus to lower the manufacturing costs. And to improve the quality of the magnetic core.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Magnetkörper aμs in axialer Richtung geschichteten einteiligen Blechen besteht, die mittels stirnseitiger Endplatten und mittels in Längsrichtung verlaufender, mit den Seitenkanten der Bleche verschweißter Winkelprofile in axialer Richtung zusammengepreßt bzw. gehalten sind, daß die Bleche Ausnehmungen aufweisen, die in diagonaler Richtung zu den Ecken der Bleche verlaufen, daß die aus mehreren übereinander und nebeneinander gegeneinander isoliert angeordneten Hohlleitern bestehenden Spulen als ü-förmige Teilspulen ausgebildet und in axialer Richtung in die Blechkörper eingeschoben sind und die zugehörigen, ebenfalls aus Hohlleitern bestehenden Stirnverbindungen der einen Stirnseite mittels induktiver Verlötung mit den Enden der U-förmigen Spulen verbunden sind und daß die Einzelbleche des Blechpaketes durch nach dem Einlegen der Spulen erfolgte Vakuumimprägnierung und Verbackung durch das Imprägnierharz miteinander verklebt sind. Für den Imprägniervorgang und den Aushärtevorgang ist also kein besonderes Werkzeug erforderlich.According to the invention, the object is achieved in that the magnetic body aμs is made in one piece, layered in the axial direction There is sheet metal, which by means of front end plates and by means of extending in the longitudinal direction, with the side edges of the sheets of welded angle profiles pressed together in the axial direction or are held that the sheets have recesses that are diagonal to the corners of the sheets run that the consisting of a plurality of waveguides arranged one above the other and next to one another and isolated from one another Coils designed as U-shaped partial coils and are pushed in the axial direction into the sheet metal body and the associated, Also consisting of waveguides end connections of one end face by means of inductive soldering with the ends the U-shaped coils are connected and that the individual sheets of the laminated core took place through after inserting the coils Vacuum impregnation and baking are glued together by the impregnation resin. For the impregnation process and the The curing process does not require any special tools.
In zweckmäßiger Weise ist die axiale Länge der in den Ausnehmungen des Blechpaketes innenHegenden Hohlleiterstäbe einer Spulenseite größer als die der außenliegenden und die Enden dieser Hohlleitefstäbe sind mit seitlichen Anfräsungen sowie mit Bohrungen versehen, die senkrecht zu der Achse des Hohlraumes des Hohlleiters verlaufen, die Hohlleiter der Stirnverbindung sind im Profil um 90° verdreht zu den Hohlleiterstäben der Ausnehmungen angeordnet, so daß die Schmalseite eines Hohlleiters der Stirnverbindung jeweils mit der Breitseite der Leiter desThe axial length is expediently that in the recesses of the laminated core inside the waveguide rods on one side of the coil are larger than those on the outside and the ends of these Waveguide rods are milled on the side as well as with holes which run perpendicular to the axis of the cavity of the waveguide, the waveguides of the end connection are Twisted in profile by 90 ° to the waveguide rods of the recesses arranged so that the narrow side of a waveguide of the end connection in each case with the broad side of the head of the
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U-förmigen Spulenteiles, zusammentrifft und ist ebenfalls mit Ausfräsungen versehen, die über die Hohlräume so weit hinaus- j gehen, daß beim Zusammensetzen eines Stirnverbindungshohlleiters, mit einem Leiterstab sich der Hohlraum des Stirnverbindungs- i hohlleiters mit der Bohrung des Hohileiterstabes deckt und das stehengebliebene Teil des abgefrästen Stirnverbindungshohlleiters verschließt die Öffnung des Hohlraumes des Hohlleiter- · Stabes.U-shaped coil part, meets and is also with Milled cutouts that go beyond the cavities so far that when assembling a front connecting waveguide, with a ladder rod the cavity of the end connection i hollow conductor with the bore of the hollow conductor rod covers and that the remaining part of the milled end connection waveguide closes the opening of the hollow space of the waveguide Staff.
Die rechteckigen Hohlleiterstäbe einer Spulenseite sind nur durch eine relativ dünne Isolationsschicht übereinander bzw. j nebeneinander voneinander getrennt, so daß ein einzelner Leiterstab nicht von einer Induktionsspule umfaßt werden könnte. Für die gleichzeitige Erwärmung sämtlicher Lötstellen der "Verbindung einer Spulenseite ergäbe sich jedoch eine elektrische Leistung, die bei der hohen Frequenz des für die Induktionsspule benötigten Wechselstromes mit Rücksicht auf die Induktivität der Zuleitungen nicht wirtschaftlich herangeleitet werden! könnte. Durch die erwähnten Abfräsungen ist es möglich, eine U-förmig gestaltete Induktionsspule über die Lötstelle zwischen dem einen Ende eines Leiters einer U-förmigen Spule und einem Hohlleiter der Stirnverbindung zu schieben und diese bis zum einwandfreien Fließen des Lotes zu erwärmen, also die einzelnen Verbindungsstellen nacheinander zu verlöten.The rectangular waveguide rods on one side of the coil are only superimposed or j side by side separated from each other, so that a single conductor bar could not be encompassed by an induction coil. For the simultaneous heating of all solder points of the "connection one side of the coil, however, would result in an electrical output that is at the high frequency of the induction coil required alternating current with regard to the inductivity of the supply lines are not economically derived! could. Due to the millings mentioned, it is possible to insert a U-shaped induction coil over the soldering point between to push one end of a conductor of a U-shaped coil and a waveguide of the end connection and this up to to heat up the proper flow of the solder, i.e. to solder the individual connection points one after the other.
Bei einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem Blechpaket und der Spulenseite eine Folie eingelegt ist, die mit dem Imprägnierlack keine Verklebung eingeht j und eine durch Erwärmung eintretende axiale Bewegung der Spulenseite innerhalb des Blechpaketes zuläßt. Durch diese Trennfolie j ist nicht nur eine gewisse Bewegungsmöglichlceit in axialer Richtung geschaffen, die durch die unterschiedliche Erwärmung von ; Spule und Blechpaket erwünscht ist, sondern auch bei einem evtl, erforderlichen Spulenausbau ist, ein Herausziehen der Spule aus jIn a further embodiment of the invention it is provided that a film is inserted between the laminated core and the coil side, which does not stick to the impregnation varnish j and allows an axial movement of the coil side within the laminated core caused by heating. Through this release film j is not only a certain possibility of movement in the axial direction created by the different heating of; Coil and laminated core is desired, but also in the case of a possibly necessary coil removal, pulling the coil out of j
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dem Blechpaket möglich, da durch das Elebharz keine direkte Verklebung zwischen- Spulenisolation und Blechpaket erfolgt.possible with the laminated core, since the eleb resin does not result in any direct Gluing between the coil insulation and the laminated core takes place.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin-j dung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:Further details and advantageous developments of the invention-j application result from what is described below and in the Embodiment shown in the drawing. Show it:
Die Fig. 1 ein Blech eines Magneten nach.der Erfindung, die Fig. 2 einen Schnitt durch den bewickelten Magneten, die Fig. 3 eine Ansicht des Magnetkerns ohne Spule, die Fig. 4 einen Blick auf die Stirnverbindungen eines1 shows a sheet of a magnet according to the invention, FIG. 2 shows a section through the wound magnet, FIG. 3 shows a view of the magnet core without a coil, 4 shows a view of the end connections of a
Quadranten des Magneten,
die Fig. 5 eine vorbereitete Verbindungsstelle eines Leiter-Quadrant of the magnet,
Fig. 5 shows a prepared connection point of a conductor
stabes und
die Fig. 6 eine vorbereitete Verbindungsstelle eines Stabes der Stirnverbindung.stabes and
6 shows a prepared connection point of a rod of the end connection.
In den Zeichnungen ist mit B eines der quadratischen, in den Diagonalen mit Ausstanzungen 1, 2, 3, 4- versehenen Bleche des Blechpaketes bezeichnet. In die Ausnehmungen 1, 2, 3> 4 des Bleches sind die Hohlleiterstäbe 5.10, 5.11, 5.12 und 5.13 im ersten Quadranten, die Hohlleiterstäbe 5.20, 5.21, 5.22 und 5.2' im zweiten Quadranten, die Hohlleiter stäbe 5.30, 5.31, 5.32 und 5.33 im dritten Quadranten sowie die Hohlleiterstäbe 5.40,-5.4-1, 5.42 und 5.43 im vierten Quadranten eingeschoben (siehe Fig. 2). Von den Stirnverbindungen ist nur die mit 6.14 bezeichnete zwischen den Hohlleiterstäben 5.10 und den Hohlleiterstäben 5.40 eingezeichnet. Zwischen den Leiterstäben und dem Blechpaket ist eine Folie F eingelegt, die mit dem Imprägnierlack keine Ver-Jclebung eingeht und eine durch Erwärmung eintretende axiale Bewegung der Spulenseite innerhalb des Blechpaketes zuläßt.In the drawings, B is one of the square ones in the Diagonals with punched-out 1, 2, 3, 4-provided sheets of the laminated core are designated. In the recesses 1, 2, 3> 4 of the sheet are the waveguide rods 5.10, 5.11, 5.12 and 5.13 im first quadrant, the waveguide rods 5.20, 5.21, 5.22 and 5.2 ' in the second quadrant, the waveguide rods 5.30, 5.31, 5.32 and 5.33 in the third quadrant and the waveguide rods 5.40, -5.4-1, 5.42 and 5.43 inserted in the fourth quadrant (see Fig. 2). Of the end connections, only the one marked 6.14 is between the waveguide rods 5.10 and the waveguide rods 5.40 are shown. Between the conductor bars and the laminated core is a film F is inserted, which is not bonded to the impregnation varnish enters and allows axial movement of the coil side within the laminated core due to heating.
Die zusammengepreßten Bleche B sind durch an ihren Ecken an-. liegende Winkelprofile P, mit denen sie verschweißt sind, und Endplatten E (siehe Fig. 3) zusammengehalten.The compressed sheets B are through at their corners. lying angle profiles P, with which they are welded, and end plates E (see Fig. 3) held together.
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Jede der vier Spulen'besteht jeweils aus zwei Spulenseiten, z.B. 5.10, 5.11 im ersten Quadranten und 5.40 bzw. 5.41 im zweiten Quadranten, die durch Stitanverbindungen 6.14 miteinander verbunden sind. Dabei sind die Stirnverbindungen an der Stirnseite des Blechpaketes durch Biegung der entsprechenden Hohlleiterstäbe der einen Spulenseite fest mit den Hohlleiterstäben der zweiten Spulenseite verbunden, so daß sich jeweils ein U-förmiges Gebilde ergibt, das von der einen Stirnseite her in die Ausnehmungen des Blechpaketes eingeschoben werden kann. Die Stirnverbindungen an der anderen Stirnseite werden getrennt angefertigt und nach Einschieben der Spulen an Ort und Stelle mit den Enden der jeweiligen leiter der einzelnen Spulenseiten auf induktivem Wege verlötet.Each of the four coils consists of two coil sides, e.g. 5.10, 5.11 in the first quadrant and 5.40 or 5.41 in the second Quadrants connected by titanium compounds 6.14 are. The end connections are on the end face of the laminated core by bending the corresponding waveguide rods of one side of the coil firmly with the waveguide rods of the second coil side connected, so that each is a U-shaped Structure results that from one end face into the recesses of the laminated core can be inserted. The end connections on the other end are made separately and after inserting the coils in place with the ends of the respective conductors of the individual coil sides on inductive Paths soldered.
Um mit einer nicht geschlossenen Induktionsspule an die einzelnen Verbindungsstellen zwischen Leiterstab und Stirnverbindung herankommen zu können, sind, wie in Fig. 5 bzw. 6 dargestellt, | jeweils am Ende des Hohlleiterstabes (hier der Stab 5.10) zwei j seitliche Ausfräsungen A sowie eine untere Ausfrasung vorgenom- ; men. Die seitlichen Ausfräsungen sind so breit, daß die Breite j des stehenbleibenden Teiles des Leiterstabes der Höhe a des ' Leiterstabes entspricht. Die Länge des stehenbleibenden Teiles \ ist mit C und seine Höhe mit d bezeichnet. Der stehenbleibende j Zapfen des Hohlleiterstabes 5.10 ist mit einer von seiner Ober- jIn order to be able to get to the individual connection points between the conductor rod and the end connection with a non-closed induction coil, | in each case at the end of the waveguide rod (here the rod 5.10) two lateral millings A and a lower milled-out made; men. The side millings are so wide that the width j of the remaining part of the ladder bar corresponds to the height a of the ladder bar. The length of the remaining part \ is marked with C and its height with d. The remaining j peg of the waveguide rod 5.10 is with one of its upper j
seite ausgehenden Bohrung I versehen, die bis zum Hohlraum H ! des Hohlleiters reicht. Der Durchmesser der Bohrung Y ist gleich! groß wie der Durchmesser des Hohlraumes.side outgoing hole I provided, which up to the cavity H! of the waveguide is enough. The diameter of the hole Y is the same! as large as the diameter of the cavity.
ο !ο!
Die Leiterstäbe der Stirnverbindung sind um 90 gegenüber den I Leiterstäben in den Ausnehmungen verdreht, so daß die Schmal- j seite der Stäbe der Stirnverbindungen der Breitseite der Stäbe j der Ausnehmungen gegenübersteht. Auch die Stäbe der Stirnverbin-IThe conductor bars of the end connection are rotated by 90 in relation to the I conductor bars in the recesses, so that the narrow j side of the bars of the end connections of the broad side of the bars j facing the recesses. Also the bars of the front connector I
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dung sind mit einer Ausfräsung, an der Breitseite b von der Tiefe c, die also der Länge des stehengebliebenen Teiles des Leiterstabes 5·10 entspricht, versehen. Sie geht über den Hohl- ; raum des Hohlleiters so weit hinaus, daß noch ein Lappen von der Breite b - c stehenbleibt.with a cutout on the broad side b of the Depth c, which corresponds to the length of the remaining part of the conductor bar 5 · 10, provided. She goes over the hollow; space of the waveguide so far that a lobe of width b - c remains.
In den Zeiclinungen Fig. 5 und 6 sind die Enden des Leiterstabes 5.10 und des Stirnverbindungsleiterstabes 6.14 dargestellt. Die Höhe des Leiterstabes der Stirnverbindung ist mit a, seine Breite mit b bezeichnet. Diese Maße stimmen mit denen des Leiterstabes 5.10 überein. Die Länge der Ausfräsung d"entspricht der Höhe des stehengebliebenen Teiles des Endes des Leiterstabes 5.10, so daß der Hohlleiterstab 6.14 der Stirnverbindung mit dem stehengebliebenen Lappen X den Hohlraum des Hohlleiterstabes 5.10 abschließt f während der Hohlraum des Hohlleiters 6.14 der Stirnverbindung an eine Bohrung Ύ, die bis zu dem Hohlraum H des Hohlleiters 5.10 reicht, anschließt.5 and 6, the ends of the conductor rod 5.10 and the end connecting conductor rod 6.14 are shown. The height of the conductor bar of the end connection is denoted by a, its width by b. These dimensions agree with those of the ladder bar 5.10. The length of the cutout d "corresponds to the height of the remaining part of the end of the conductor rod 5.10, so that the waveguide rod 6.14 of the end connection with the remaining lobe X closes the cavity of the waveguide rod 5.10 f while the cavity of the waveguide 6.14 of the end connection to a hole Ύ, which extends to the cavity H of the waveguide 5.10, connects.
Nach Herstellung sämtlicher Stirnverbindungen wird der komplette Magnetkörper im "Vakuum getränkt, imprägniert und ausgehärtet, 'ohne daß für diesen Vorgang eine Spule und,Magnetkern zusammenpressende Vorrichtung erforderlich wäre.'After all the end connections have been made, the complete magnet body is "vacuum impregnated, impregnated and cured, 'without the need for a coil and magnetic core pressing together for this process Device would be required. '
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2691602A1 (en) * | 1992-05-22 | 1993-11-26 | Cgr Mev | Linear proton accelerator with improved magnetic focussing system for proton therapy - has quadrupole magnetic focussing field varying in direction regularly along length of high shunt impedance accelerator |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2755357A1 (en) | 1977-12-12 | 1979-06-13 | Euratom | COIL FOR GENERATING MAGNETIC FIELDS HIGH AND EXTREMELY HIGH HOMOGENITY |
-
1972
- 1972-07-13 DE DE19722234417 patent/DE2234417A1/en active Pending
-
1973
- 1973-07-11 GB GB3303973A patent/GB1390902A/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2691602A1 (en) * | 1992-05-22 | 1993-11-26 | Cgr Mev | Linear proton accelerator with improved magnetic focussing system for proton therapy - has quadrupole magnetic focussing field varying in direction regularly along length of high shunt impedance accelerator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1390902A (en) | 1975-04-16 |
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