DB34/T 3239-2018 超导回旋加速器 输运线二、四极电磁铁设计准则

ICS27.120.99

F91

DB34

安徽省地方标准

DB34/T3239—2018

超导回旋加速器

输运线二、四极电磁铁设计准则

Superconductingcyclotron

Designcriteriaforthedipoleandquadrupolemagnetofbeamline

2018-12-29发布2019-01-29实施

安徽省市场监督管理局发布

DB34/T3239—2018

前言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准由合肥中科离子医学技术装备有限公司提出。

本标准由安徽省超导回旋加速器标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：合肥中科离子医学技术装备有限公司、中国科学院等离子体物理研究所、安徽省

质量和标准化研究院。

本标准主要起草人：郑金星、宋云涛、刘海洋、张俊生、陈洁鹤、沈俊松、韩曼芬、张午权、朱小

亮。

I

DB34/T3239—2018

超导回旋加速器输运线二、四极电磁铁设计准则

1范围

本标准规定了超导回旋加速器输运线二、四极电磁铁的术语和定义、二极电磁铁设计准则、四极电

磁铁设计准则和机械加工及装配精度要求。

本标准适用于超导回旋加速器输运线二、四极电磁铁的工程设计。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T1804一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差

GB/T1184形位和位置公差未注公差值

GB/T11345焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定

DB34/T3113超导回旋加速器输运线降能器设计准则

3术语和定义

DB34/T3113界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

束流包络beamenvelope

大量束流轨迹线在空间形成的几何体。

3.2

气隙gap

两组磁极之间的空间区域尺寸。对于二极电磁铁是极面间距离，对于四极电磁铁是磁极内切圆直径。

3.3

极面宽度polarfacewidth

电磁铁每个磁极极面横向方向的尺寸。

3.4

有效场区goodfield

满足物理设计中磁场要求的空间区域。

3.5

磁铁有效长度magneteffectivelength

1

DB34/T3239—2018

磁铁工作磁场所需要的物理长度，用来折合磁铁磁场的作用范围的尺寸。

3.6

极面旋转角polarfacerotatingangle

质子束流相对入口和出口极面法线形成的夹角。

3.7

极面垫补polarfacepadding

在给定极面宽度尺寸情况下扩大有效场区范围，补偿基本极面断开后引起的磁场性能变化。

4二极电磁铁设计准则

4.1设计流程

二极电磁铁的设计流程如图1所示。

物理设计要求

优化

结构设计

磁场分布验证

不满足

满足

电参数及水冷

参数设计

图1电磁铁设计流程图

4.2物理设计要求

4.2.1磁铁的最大偏转磁感应强度应满足式(1)的规定。

1

BR=T2+2TE.....................................(1)

qc0

式中：�

B——磁铁的偏转磁感应强度，单位为T；

R——磁铁的偏转半径，单位为m；

q——在磁铁内传输的粒子所带电荷数；

c——光在真空中的传播速度，单位为m/s；

T——在磁铁内传输的最高能量粒子的动能，单位为Mev；

E0——在磁铁内传输的粒子的静能量，单位为Mev。

-4-4

4.2.2磁铁的二维横向中心线上有效场区的磁感应强度均匀度的范围应为-5×10～5×10。

2

DB34/T3239—2018

-3

4.2.3磁铁的三维纵向磁感应强度在有效场区的积分均匀度应不大于1×10。

4.3结构设计

4.3.1输运线二极电磁铁无特殊用途要求，宜选用H型结构。

4.3.2材料选择：磁铁铁芯宜选用硅钢等低碳钢材料，线圈材料宜选用无氧铜。

4.3.3电磁铁的线圈导线宜采用外方内圆结构，并采用内水冷的冷却方式，电流密度范围为2.5

A/mm2～5.5A/mm2。

4.3.4磁极间的气隙高度应满足式(2)的规定。

g=2×(1.5σy+σ1+σ2)....................................(2)

式中：

g——气隙高度，单位为mm；

σy——束流包络在垂直方向最大尺寸半高度，单位为mm；

σ1——真空室腔体厚度，单位为mm；

σ2——真空室腔体安装间隙，单位为mm。

4.3.5真空室腔体厚度的取值范围宜为1.5mm～3mm。

4.3.6真空室腔体安装间隙的取值范围宜为1mm～2mm。

4.3.7极面垫补宜选用的几种形式见图2，优先选用矩形垫补。

（a）矩形垫补（b）梯形垫补（c）正负垫补（d）曲线垫补

图2二极电磁铁极面垫补的几种形式

4.3.8磁铁的励磁安匝数应满足式(3)的规定。

NI=0.8fgB×103......................................(3)

式中：

NI——磁铁的励磁安匝数，单位为A；

f——考虑铁芯中损耗的安匝数所乘的系数，范围应为1.05～1.10。

4.3.9铁线圈绕制时宜采用两层并绕方式，一并布置一个水路，线圈匝数应为偶数。线圈层数和每层

匝数布置应满足铁芯尺寸尽量小的原则。

4.3.10磁轭在吊装和安装等其它作用下产生变形，磁轭面积宜为磁极极面面积的1.15～1.25倍。

4.3.11结构设计理论参考公式参见附录A。根据4.3.1～4.3.10及附录A的公式得到的设计