技術領域

本發明屬于回旋加速器主磁鐵設計與研制技術領域，更具體地，涉及一種回旋加速器等時性磁場墊補方法及系統。

背景技術

回旋加速器是一種利用固定磁場約束帶電粒子做回旋運動，同時利用固定頻率的高頻電場對帶電粒子進行逐圈反復加速的裝置；主要包括離子源、主磁鐵系統、高頻系統、引出系統和真空系統。其中，主磁鐵系統采用線圈電流激勵磁極產生約束帶電粒子的磁場，通過墊補線圈，或者磁極形狀的設計與墊補修正形成沿半徑調變的等時性磁場分布，滿足粒子加速過程中回旋頻率的穩定。

在回旋加速器的等時性磁場墊補中，主要有兩種方法來調整磁場的等時性分布：(1)設計安裝多股墊補線圈分布于磁極不同半徑處，通過對各組墊補線圈電流進行配置可實現所需要的等時性磁場，這種方法具有較大的靈活性和可配置性，但實現復雜且成本較高，多用于加速多種粒子的回旋加速器或超導回旋加速器。(2)磁極墊補方法，主要是對磁極邊緣形狀進行墊補修正，可直接在磁極上進行墊補，通常采用對裝配于磁極側邊的鑲條進行墊補；這種方法在實際操作中需要多次墊補以使磁場滿足加速粒子滑相的要求，主要應用于加速單一類型粒子的緊湊型回旋加速器中。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種回旋加速器等時性磁場墊補方法及系統，考慮了墊補過程中徑向邊緣場效應，同時結合有限元計算與實際測磁結果，具有可預測、高精度特點。由此解決現有技術中針對緊湊型回旋加速器等時性磁場墊補方法在準確度上存在缺陷的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種回旋加速器等時性磁場墊補方法，包括：

(1)對待墊補的回旋加速器主磁鐵進行有限元建模，計算得出N組平均磁場差異分布曲線，其中，所述N組平均磁場差異分布曲線表示在回旋加速器的磁極邊緣N個不同半徑處切削單位面積后，每個半徑處的平均磁場相對于切削前相應半徑處原始磁場的差異分布曲線；

(2)將所述N組平均磁場差異分布曲線離散化，計算出表征切削向量C同切削后各半徑處平均磁場改變ΔB關系的相關矩陣R；

(3)對實際加工后的主磁鐵進行測磁，針對測磁數據計算出沿半徑的等時性磁場偏差ΔB_iso，如果該偏差ΔB_iso不符合束流聚焦工作點要求，則利用ΔB_iso和相關矩陣R逆向計算出磁極邊緣切削向量C_pred；

(4)利用相關矩陣R的磁場改變量預測能力調整C_pred，使得墊補后的磁場滿足束流聚焦工作點要求，確定墊補切削向量C_f；

(5)對墊補切削向量C_f進行樣條插值，將離散化的坐標輸入數控機床進行磁極邊緣墊補。

優選地，N個單位面積切削的相鄰半徑之間的徑向間距大于等于1cm。

優選地，根據步驟(4)預測的加工墊補后磁場改變量ΔB_pred＝R·C_f。

按照本發明的另一方面，提供了一種回旋加速器等時性磁場墊補系統，包括：

有限元建模模塊，用于對待墊補的回旋加速器主磁鐵進行有限元建模，計算得出N組平均磁場差異分布曲線，其中，所述N組平均磁場差異分布曲線表示在回旋加速器的磁極邊緣N個不同半徑處切削單位面積后，每個半徑處的平均磁場相對于切削前相應半徑處原始磁場的差異分布曲線；

第一計算模塊，用于將所述N組平均磁場差異分布曲線離散化，計算出表征切削向量C同切削后各半徑處平均磁場改變ΔB關系的相關矩陣R；

第二計算模塊，用于對實際加工后的主磁鐵進行測磁，針對測磁數據計算出沿半徑的等時性磁場偏差ΔB_iso，如果該偏差ΔB_iso不符合束流聚焦工作點要求，則利用ΔB_iso和相關矩陣R逆向計算出磁極邊緣切削向量C_pred；

第三計算模塊，用于利用相關矩陣R的磁場改變量預測能力調整C_pred，使得墊補后的磁場滿足束流聚焦工作點要求，確定墊補切削向量C_f；

墊補模塊，用于對墊補切削向量C_f進行樣條插值，將離散化的坐標輸入數控機床進行磁極邊緣墊補。

優選地，N個單位面積切削的相鄰半徑之間的徑向間距大于等于1cm。