[科普中国]-加速器磁铁

主要类型

1、弯转磁铁和它建立的均匀磁场

均匀磁场是一种在一定空间范围内分布均匀的磁场，用B表示磁场，均匀磁场可以表示为B=常数，粒子在均匀磁场中的运功轨道是一条弧线，因此均匀磁场的作用足使粒子的运动轨道弯转，弯转的曲率半径ρ，与磁场强度B成反比，乘积ρB被称为磁刚度。

2、聚焦磁铁和它建立的均匀梯度磁场

均匀梯度磁场即磁场梯度B'=G=常数，它的作用是使粒子运动以轨道心为轴线聚焦，聚热力的大小与磁场梯度成正比.以K表示磁场聚焦强度，形成这种均匀梯度场的磁场形态的是一种四极磁铁。因此，匀匀梯度磁场也称为四极磁场，按其用途，这种磁铁也称为聚焦磁铁。

3、六极磁铁和它建立的均匀二阶梯度磁场

均匀二阶梯度磁场可以表示为磁场的二阶梯度B"=G'=常数，在加速器中，它的作用是消除粒子运动的色散，其消除色散的能力与磁场二阶梯度成正比。

形成这种磁场形态的铁心磁铁是一种六极磁铁。因此，均匀梯度磁场也称为六极磁场，按其用途。这种磁铁也称为消色散磁铁，

4、八极磁铁和它建立的均匀三阶梯度磁场

均匀三阶梯度磁场可以表示为磁场的三阶梯度B"'=G''=常数。在加速器中，它用于朗道阻尼。形成这种磁场形态的铁心磁铁是一种八极磁铁。均匀三阶梯度磁场也称为八极磁场。

5、组合型磁铁和它所建立的组合磁场

组合磁场是在同一空间上同时存在两种或多种给定要求的磁场形态。在均匀磁场的基础上再加一个均匀梯度磁场即B+G，形成这种组合磁场形态的磁铁称为组合磁铁。这种组合磁铁可以同时完成粒子弯转和聚焦两项作用。组合磁场可有多种形式，如B+B'、Bx+By，等。1

常规磁铁的设计要求设计一块磁铁首先要明确对磁铁的给定要求。这些要求是磁铁设计的依据和设计要达到的目标，一般情况下，这些要求包括下列几项：

1、磁铁的种类和数量；

2、工作孔径，它是指磁极间的工作气隙，可包括束流清晰区所需的尺寸和真空室的厚度以及安装气隙等。

3、中心磁场强度。例如i极磁铁的中心磁场强度B0，四极磁铁的中心磁场梯度G0，六极磁铁的中心二阶磁场梯度等等；

4、磁长度；

5、有用场区的范围，它是指磁铁内束流清晰区所需的空间；

6、单块磁铁磁场的质量要求；

7、磁铁间磁场离散性的要求，它指的是各块同类磁铁之间积分磁场离散的均方根偏差；

8、磁铁的运行状态，磁铁励磁是直流还是脉动状态；

9、其他特殊要求。如空间尺寸限制，结构类型限制等。1

加速器磁铁的磁场测量加速器磁铁磁场测最的目的是得出磁铁的实际磁场质量，并且其测量结果可用于磁铁生产的质量监督。磁场测量主要方法包括：磁场精确测量的核磁共振仪法、用于逐点测量的霍尔片法、用于积分磁场分布测量的移动长线圈法和用于磁场谐波含量测量的旋转线圈法等。

加速器磁铁电源加速器的磁铁电源是为加速器各种类型的电磁铁供电的系统。调节磁铁电源的电流，可以改变磁铁的电磁场，从而控制粒子运动的轨道。在加速器技术领域里，电源技术与其他学科的技术相比，是相对比较独立的一门学科。但是为了适应加速器的要求，加速器所用的磁铁电源又有它自己的特点。1

两种常用磁铁介绍1、永磁磁铁

永磁磁铁是利用永磁材料来形成所需的磁场形态，永磁材料大都是硬磁材料，具有较大的剩磁Br和矫顽磁力Hc，其退磁曲线接近为一条直线，磁导率接近于空气，一经磁化成永磁体，其磁性将长期保持。加速器永磁磁铁是将多个永磁体按永磁块预定的磁化方向排列其空间位置来建立所需的磁场分布，并且永磁体的径向尺寸和磁化强度来确定所需的磁场强度的大小。

2、超导磁铁

用于高能加速器的空心线圈磁铁大多数是超导磁铁，超导磁铁在大型高能加速器建造中得到广泛地使用，加速器某些特别需要的部位也需要使用超导磁铁，空心线圈磁铁是利用载流导体的特定空间排列来建立磁场形态所特定的磁场分布，由导体电流的大小来建立起所需的磁场强度.由于空心线圈产生磁场时需要的励磁安匝数非常大，常规导体的空心线圈会占用庞大空间，大多数空心线圈导体使用超导材料‘因此，超导的空心线圈被称为超导磁铁。

空心线圈导体可允许通过很高的电流密度。但是，超导体正常工作有它的临界条件，超过临界条件之一时，超导体立刻失去超导特性，变成普通导体，超导体一般上作在临界条件以内的合适区间，因此，超导磁铁一般需要很庞大的超低温系统，并且要克服作用在导体上的强大的电磁力。超导磁铁在失超时将释放巨大的能量，还需要采用有失超保护的电源系统。1