[發明專利]一種強磁場同步回旋加速器及其磁場墊補方法有效
| 申請號： | 201810726363.1 | 申請日： | 2018-07-04 |
| 公開（公告）號： | CN108882498B | 公開（公告）日： | 2019-12-24 |
| 發明（設計）人： | 李明;張天爵;李鵬展;王川 | 申請（專利權）人： | 中國原子能科學研究院 |
| 主分類號： | H05H13/00 | 分類號： | H05H13/00;H05H7/04 |
| 代理公司： | 11508 北京維正專利代理有限公司 | 代理人： | 羅煥清 |
| 地址： | 10241*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 磁場 形狀函數 矩形塊 磁極表面 連續曲線 同步回旋加速器 離散化 強磁場 位置處 加工 磁場變化量 高頻頻率 擬合算法 束流損失 匹配度 圓周形 加速器 構建 減小 申請 修正 | ||
1.一種強磁場同步回旋加速器的磁場墊補方法，所述強磁場同步回旋加速器的磁極為圓周形結構且磁極表面為連續曲線，其特征在于，所述方法包括：
實際墊補量獲取步驟：獲取實際需要的墊補磁場量；
形狀函數構建步驟：在可以加工的半徑范圍內，將所述連續曲線等效為徑向寬度固定但高度待求的一系列矩形塊，構建所述連續曲線的形狀函數，其中所述形狀函數表示每一所述矩形塊對應的磁場變化量，所述半徑范圍包括多個半徑值；
形狀函數求解步驟：根據強磁場下磁鐵完全飽和的特性，計算每一半徑值位置處單位高度的形狀函數；
矩形高度計算步驟：離散化所述實際需要的墊補磁場量，基于計算出的每一半徑值位置處單位高度的形狀函數以及離散化后的墊補磁場量，利用函數擬合算法，計算出所述一系列矩形塊中每一矩形塊的高度；
加工步驟：根據所求得的每一所述矩形塊的高度加工所述磁極表面；
所述矩形高度計算步驟具體包括：
將所述實際需要的墊補磁場量離散化為半徑rj(j＝1，...，m)需要的墊補量ΔBj，得到矩陣方程F·H＝ΔB，其中F表示所述一系列矩形塊對應的形狀函數所形成的矩陣，矩陣元F(i，j)為F(i，j)＝f(ri，rj)，H表示所述一系列矩形塊中每一矩形塊的高度與單位高度之比所組成的向量，ΔB表示磁場墊補量組成的向量；
高度向量H的表達式替換為H＝(FTF+κI)-1(FTΔB)，其中，I為單位矩陣，κ為常量。
2.如權利要求1所述的磁場墊補方法，其特征在于，在所述矩形高度計算步驟之后、所述加工步驟之前還包括：
誤差去除步驟：根據所述形狀函數求解步驟中涉及的計算公式，以及所述矩形高度計算步驟中所述一系列矩形塊對應的高度，求解出所述一系列矩形塊對應的磁場變化量，得到所述一系列矩形塊的磁場變化量與實際需要墊補的磁場量的差值，將所述差值作為新需要的墊補磁場量返回所述矩形高度計算步驟再次進行求解，將求解得到的高度向量累加到已有的高度向量，直至所述新需要的墊補磁場量與所述強磁場同步回旋加速器的理想的磁場曲線之間的誤差小于預設誤差值。
3.如權利要求1所述的磁場墊補方法，其特征在于，所述形狀函數構建步驟具體包括：
將所述連續曲線等效為徑向寬度為Δr、高度h不一的所述一系列矩形塊，所述一系列矩形塊在半徑r處產生的磁場變化ΔB(r)為
其中f(r，rj)為形狀函數，表示第j個半徑值位置處單位高度的矩形塊產生的磁場變化，hj為第j個半徑值位置處的矩形塊的高度與單位高度之比，n為所述一系列矩形塊的個數加1。
4.如權利要求3所述的磁場墊補方法，其特征在于，所述形狀函數求解步驟具體包括：
通過磁場分布的解析公式求解所述形狀函數：
其中，Bs為飽和磁場參數，[R1，R2]和[Z1，Z2]分別為矩陣塊在徑向和高度方向的范圍，Bz(r)為半徑r處的軸向磁場強度。
5.如權利要求4所述的磁場墊補方法，其特征在于，通過函數擬合算法求解所述矩陣方程，得到高度向量H的表達式H＝(FTF)-1(FTΔB)，所述表達式的右上角的T和-1分別表示矩陣的轉置和求逆。
6.如權利要求5所述的磁場墊補方法，其特征在于，所述函數擬合算法包括最小二乘法。
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