一种分段式螺线管磁场的制作方法
一种分段式螺线管磁场的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种引导磁场系统，具体而言，是一种满足从强磁场中间馈入微波种子源造成螺线管分段的引导磁场系统。
【背景技术】
[0002]在高功率微波源、加速器等大型装置中，从二极管电子发射开始至微波器件慢波结构结束这一段波束相互作用过程中，常常需要提供强磁场环境以约束电子运动轨迹。通常所使用的微波器件如相对论速调管等所需磁场强度越来越强，磁场均匀度越来越高，磁场均匀区越来越大，而微波种子源从微波器件中馈入造成螺线管分段，分段区域均匀度下降。
[0003]当前被采用的产生此类微波器件需求的磁场技术主要由以下几种:第一种是超级电容磁场电源配合油冷螺线管线圈方式，这种方式体积小磁场可调，但励磁强度低，均匀性一般，造价昂贵。第二种方式是使用低压大电流的超导磁体电源配合超导磁体，这种方式磁场强度高均匀性好，但超导磁体系统设备昂贵，不利于工程化合市场推广。第三种是脉冲磁场技术，这种脉冲磁场虽结构简单，场强高，但脉冲磁场持续时间短，无法提供微波重频状态工作需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的为了克服上述困难和缺点，提供一种因馈入种子源造成螺线管分段条件下的引导磁场系统。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种分段式螺线管引导磁场系统，包括两段螺线管，每段螺线管包括内部中空的圆柱体和缠绕在圆柱体表面的线包；所述圆柱体的表面设置有若干个线包，每个线包的高度、大小尺寸均不相同；相邻两段螺线管的圆柱体的端面上分别设置有槽，相邻两段螺线管之间设置有溃入波导，所述溃入波导设置在圆柱体端面上的槽内。
[0007]在上述技术方案中，所述波导挡板的外径尺寸与圆柱体端面上槽的内径尺寸一致。
[0008]在上述技术方案中，所述线包设置在圆柱体的圆柱面靠近端面处。
[0009]在上述技术方案中，所述线包的饼数和层数均可调节。
[0010]在上述技术方案中，所述线包采用中空水冷方铜线绕制，所述线包中每饼电路串联，水路并联，电路与水路环氧灌注为一体。
[0011]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0012]一是提高了分段处的磁场强度和均匀度。本发明利用两个巧妙设计的螺线管，通过合理的线包设计和骨架机械结构，经过恰当地安装装配，可以提供高场强，较高磁场均匀度，大均匀区的引导磁场。
[0013]二是本发明配合水冷系统和磁场电源，实现了径向电子束的稳定传输，磁场均匀度强度易于调节，适宜于很多类型的微波器件应用。
[0014]三是在微波器件实验中，常规的螺线管线圈采用大孔径，从螺线管一端馈入微波种子源的方式；而本方案分段螺线管磁场更利于微波种子源的馈入，简化了种子源馈入；从中间馈入种子源可以使得前端孔径变小，均匀区径向需求变小，更加充分的利用磁场空间；分段处虽然会造成均匀度下降，但通过端部匀场线圈可以有效地提高均匀度，使之满足需求。
[0015]四是本发明结构简单，性价比高，符合技术发展需求，利于市场应用。适用于各种类型的脉冲功率源微波器件研宄。
【附图说明】
[0016]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0017]图1是本发明的线包设计图；
[0018]图2是本发明的分段式螺线管引导磁场装配关系图；
[0019]其中:1是主线包形状；2是端部匀场线包形状；3是分段处匀场线包形状；4是匀场区；5是螺线管整体；6是分段处通槽及馈入波导；7是二极管；8是微波器件；9是种子源馈入波导；10是微波发射天线。
【具体实施方式】
[0020]本发明要实现其最终目的，其关键点在于:
[0021]一是多段高强度磁场主线包设计，根据所需磁场强度和空间条件限制，设计两段提供主磁场强度的主线包，主要计算电流密度，线缆规格，电流区域等。
[0022]二是匀场线包设计，设计匀场线包满足磁场均匀度磁场要求。匀场线圈的大小和成本和均匀度密切相关，通过设计若干主线包端部的匀场线包，达到抵消或者升高轴向磁场的目的。
[0023]三是线包绕制，采用中空水冷方铜线绕制，此时匀场线包和主线包的设计参数体现在饼数和层数，线包中每饼电路串联，水路并联，绕制完成后环氧灌注。
[0024]四是骨架设计和支撑结构，螺线管分段处的端板开通槽处理，尺寸刚好和微波种子源的引入波导相协调，贴紧后螺线管固定在支撑结构上，通过定位销钉和起降螺钉进行螺线管对中和调位置，定位销钉穿过模块支架上的孔位，通过螺母与支架锁紧。
[0025]如图1所示，此引导磁场系统中线圈结构由主线包和匀场线包两部分组成，其中匀场线包又包括端部匀场和分段处匀场线包两部分。线圈导体的选择和电流密度的选择关系到电功率和励磁电流问题，可布线区域全部布线产生1.2T所需电流密度为8A/_2，较高的电流密度可以使线圈尺寸大大减小，导体线缆截面有外方内圆，外方内方，外圆内圆几种方式，就目前便于绕线和水冷效果而言，采用外方内方的空心导体，材料选为含氧量不大于百万分之十无氧铜。匀场线包采用多阶亥姆霍兹线圈抵消高阶磁场分量，由于螺线管中部分段，磁场中心漂移，造成分段处匀场困难，通过迭代找到满足磁场要求的螺线管线包分布图。线圈采用采用线缆规格为6*6内孔3.5*3.5的中空方铜管绕制线包，所选电流密度为8A/mm2，中间分段处线包间距24mm。由于中间分段处螺线管壁厚和间隙会造成此处磁场难以均匀，采用结果是将侧面壁厚内刻一定厚度的通槽便于安装馈入波导，这样可以使得匀场区范围减小，两线圈间隔靠近，使间隙处的磁场均匀度质量更高。
[0026]如图2所示，展示了分段式螺线管使用条件，螺线管匀场区内包含发射二极管，种子源馈入波导，微波波束相互作用慢波结构。二极管阴极接收脉冲功率源产生的高压脉冲发射电子，发射的电子在螺线管的匀场区沿着轴向旋转前进，在经历种子源馈入波导段后与微波器件发生波束相互作用，电子束的能量传递给微波，之后微波源经放大后通过天线定向辐射给目标物体。本实施例中引导约IMev能量的轴向电子束传输，二极管阴极尺寸发射半径20mm，轴向长140mm。螺线管孔径150mm，外径小于500mm，总长度1036mm,线包分段间隙24_。均勾区磁场强度1.2T，磁场不均勾度小于5%，均勾区从140mm处开始700mm长度，最大不均勾点发生在分段处。线圈通电330A，运行时最大峰值功率约220kw，最大磁场持续时间5S，工作模式为5s/2min。实际实验过程中电子通过率高，很少发现电子打在微波器件壁上的情况。
[0027]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种分段式螺线管磁场，包括螺线管，其特征在于:所述螺线管分为两段，馈入波导设置在两段螺线管之间。2.根据权利要求1所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述两段螺线管相邻的两个截面上设置有凹槽。3.根据权利要求2所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述凹槽的形状与溃入波导的外形相适应，溃入波导设置在凹槽内。4.根据权利要求1所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述螺线管表面设置有若干个线包。5.根据权利要求4所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述线包非均匀排列，且线包的高低、大小不相同。6.根据权利要求5所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述线包采用中空水冷方铜线绕制，所述线包中每饼电路串联，水路并联，电路与水路环氧灌注为一体。
【专利摘要】本实用新型公开了一种分段式螺线管磁场，包括两段螺线管，每段螺线管包括内部中空的圆柱体和缠绕在圆柱体表面的线包；所述圆柱体的表面设置有若干个线包，每个线包的高度、大小尺寸均不相同；相邻两段螺线管的圆柱体的端面上分别设置有槽，相邻两段螺线管之间设置有溃入波导，所述溃入波导设置在圆柱体端面上的槽内。本实用新型一是提高了分段处的磁场强度和均匀度；二是本实用新型配合水冷系统和磁场电源，实现了径向电子束的稳定传输，磁场均匀度强度易于调节，适宜于很多类型的微波器件应用；三是磁场分布均匀；四是结构简单，性价比高。
【IPC分类】G09B23/18, H01J23/26
【公开号】CN204695649
【申请号】CN201520337893
【发明人】杨晓亮, 罗光耀, 罗敏, 黄华, 金晖
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月25日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种引导磁场系统，具体而言，是一种满足从强磁场中间馈入微波种子源造成螺线管分段的引导磁场系统。
【背景技术】
[0002]在高功率微波源、加速器等大型装置中，从二极管电子发射开始至微波器件慢波结构结束这一段波束相互作用过程中，常常需要提供强磁场环境以约束电子运动轨迹。通常所使用的微波器件如相对论速调管等所需磁场强度越来越强，磁场均匀度越来越高，磁场均匀区越来越大，而微波种子源从微波器件中馈入造成螺线管分段，分段区域均匀度下降。
[0003]当前被采用的产生此类微波器件需求的磁场技术主要由以下几种:第一种是超级电容磁场电源配合油冷螺线管线圈方式，这种方式体积小磁场可调，但励磁强度低，均匀性一般，造价昂贵。第二种方式是使用低压大电流的超导磁体电源配合超导磁体，这种方式磁场强度高均匀性好，但超导磁体系统设备昂贵，不利于工程化合市场推广。第三种是脉冲磁场技术，这种脉冲磁场虽结构简单，场强高，但脉冲磁场持续时间短，无法提供微波重频状态工作需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的为了克服上述困难和缺点，提供一种因馈入种子源造成螺线管分段条件下的引导磁场系统。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种分段式螺线管引导磁场系统，包括两段螺线管，每段螺线管包括内部中空的圆柱体和缠绕在圆柱体表面的线包；所述圆柱体的表面设置有若干个线包，每个线包的高度、大小尺寸均不相同；相邻两段螺线管的圆柱体的端面上分别设置有槽，相邻两段螺线管之间设置有溃入波导，所述溃入波导设置在圆柱体端面上的槽内。
[0007]在上述技术方案中，所述波导挡板的外径尺寸与圆柱体端面上槽的内径尺寸一致。
[0008]在上述技术方案中，所述线包设置在圆柱体的圆柱面靠近端面处。
[0009]在上述技术方案中，所述线包的饼数和层数均可调节。
[0010]在上述技术方案中，所述线包采用中空水冷方铜线绕制，所述线包中每饼电路串联，水路并联，电路与水路环氧灌注为一体。
[0011]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0012]一是提高了分段处的磁场强度和均匀度。本发明利用两个巧妙设计的螺线管，通过合理的线包设计和骨架机械结构，经过恰当地安装装配，可以提供高场强，较高磁场均匀度，大均匀区的引导磁场。
[0013]二是本发明配合水冷系统和磁场电源，实现了径向电子束的稳定传输，磁场均匀度强度易于调节，适宜于很多类型的微波器件应用。
[0014]三是在微波器件实验中，常规的螺线管线圈采用大孔径，从螺线管一端馈入微波种子源的方式；而本方案分段螺线管磁场更利于微波种子源的馈入，简化了种子源馈入；从中间馈入种子源可以使得前端孔径变小，均匀区径向需求变小，更加充分的利用磁场空间；分段处虽然会造成均匀度下降，但通过端部匀场线圈可以有效地提高均匀度，使之满足需求。
[0015]四是本发明结构简单，性价比高，符合技术发展需求，利于市场应用。适用于各种类型的脉冲功率源微波器件研宄。
【附图说明】
[0016]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0017]图1是本发明的线包设计图；
[0018]图2是本发明的分段式螺线管引导磁场装配关系图；
[0019]其中:1是主线包形状；2是端部匀场线包形状；3是分段处匀场线包形状；4是匀场区；5是螺线管整体；6是分段处通槽及馈入波导；7是二极管；8是微波器件；9是种子源馈入波导；10是微波发射天线。
【具体实施方式】
[0020]本发明要实现其最终目的，其关键点在于:
[0021]一是多段高强度磁场主线包设计，根据所需磁场强度和空间条件限制，设计两段提供主磁场强度的主线包，主要计算电流密度，线缆规格，电流区域等。
[0022]二是匀场线包设计，设计匀场线包满足磁场均匀度磁场要求。匀场线圈的大小和成本和均匀度密切相关，通过设计若干主线包端部的匀场线包，达到抵消或者升高轴向磁场的目的。
[0023]三是线包绕制，采用中空水冷方铜线绕制，此时匀场线包和主线包的设计参数体现在饼数和层数，线包中每饼电路串联，水路并联，绕制完成后环氧灌注。
[0024]四是骨架设计和支撑结构，螺线管分段处的端板开通槽处理，尺寸刚好和微波种子源的引入波导相协调，贴紧后螺线管固定在支撑结构上，通过定位销钉和起降螺钉进行螺线管对中和调位置，定位销钉穿过模块支架上的孔位，通过螺母与支架锁紧。
[0025]如图1所示，此引导磁场系统中线圈结构由主线包和匀场线包两部分组成，其中匀场线包又包括端部匀场和分段处匀场线包两部分。线圈导体的选择和电流密度的选择关系到电功率和励磁电流问题，可布线区域全部布线产生1.2T所需电流密度为8A/_2，较高的电流密度可以使线圈尺寸大大减小，导体线缆截面有外方内圆，外方内方，外圆内圆几种方式，就目前便于绕线和水冷效果而言，采用外方内方的空心导体，材料选为含氧量不大于百万分之十无氧铜。匀场线包采用多阶亥姆霍兹线圈抵消高阶磁场分量，由于螺线管中部分段，磁场中心漂移，造成分段处匀场困难，通过迭代找到满足磁场要求的螺线管线包分布图。线圈采用采用线缆规格为6*6内孔3.5*3.5的中空方铜管绕制线包，所选电流密度为8A/mm2，中间分段处线包间距24mm。由于中间分段处螺线管壁厚和间隙会造成此处磁场难以均匀，采用结果是将侧面壁厚内刻一定厚度的通槽便于安装馈入波导，这样可以使得匀场区范围减小，两线圈间隔靠近，使间隙处的磁场均匀度质量更高。
[0026]如图2所示，展示了分段式螺线管使用条件，螺线管匀场区内包含发射二极管，种子源馈入波导，微波波束相互作用慢波结构。二极管阴极接收脉冲功率源产生的高压脉冲发射电子，发射的电子在螺线管的匀场区沿着轴向旋转前进，在经历种子源馈入波导段后与微波器件发生波束相互作用，电子束的能量传递给微波，之后微波源经放大后通过天线定向辐射给目标物体。本实施例中引导约IMev能量的轴向电子束传输，二极管阴极尺寸发射半径20mm，轴向长140mm。螺线管孔径150mm，外径小于500mm，总长度1036mm,线包分段间隙24_。均勾区磁场强度1.2T，磁场不均勾度小于5%，均勾区从140mm处开始700mm长度，最大不均勾点发生在分段处。线圈通电330A，运行时最大峰值功率约220kw，最大磁场持续时间5S，工作模式为5s/2min。实际实验过程中电子通过率高，很少发现电子打在微波器件壁上的情况。
[0027]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种分段式螺线管磁场，包括螺线管，其特征在于:所述螺线管分为两段，馈入波导设置在两段螺线管之间。2.根据权利要求1所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述两段螺线管相邻的两个截面上设置有凹槽。3.根据权利要求2所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述凹槽的形状与溃入波导的外形相适应，溃入波导设置在凹槽内。4.根据权利要求1所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述螺线管表面设置有若干个线包。5.根据权利要求4所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述线包非均匀排列，且线包的高低、大小不相同。6.根据权利要求5所述的一种分段式螺线管磁场，其特征在于所述线包采用中空水冷方铜线绕制，所述线包中每饼电路串联，水路并联，电路与水路环氧灌注为一体。
【专利摘要】本实用新型公开了一种分段式螺线管磁场，包括两段螺线管，每段螺线管包括内部中空的圆柱体和缠绕在圆柱体表面的线包；所述圆柱体的表面设置有若干个线包，每个线包的高度、大小尺寸均不相同；相邻两段螺线管的圆柱体的端面上分别设置有槽，相邻两段螺线管之间设置有溃入波导，所述溃入波导设置在圆柱体端面上的槽内。本实用新型一是提高了分段处的磁场强度和均匀度；二是本实用新型配合水冷系统和磁场电源，实现了径向电子束的稳定传输，磁场均匀度强度易于调节，适宜于很多类型的微波器件应用；三是磁场分布均匀；四是结构简单，性价比高。
【IPC分类】G09B23/18, H01J23/26
【公开号】CN204695649
【申请号】CN201520337893
【发明人】杨晓亮, 罗光耀, 罗敏, 黄华, 金晖
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月25日
最新回复(0)