医用重离子回旋加速器引出系统设计

紧凑型回旋加速器作为重离子医学专用装置同步加速器的注入器,其引出系统设计所用的磁场为TOSCA模型计算磁场。通过单粒子轨道计算确定引出系统的元件类型及基本参数;通过多粒子跟踪确定最终的元件参数和束流参数。为了提高引出效率,改善引出束流品质,在引出位置磁场梯度较大的位置,安放了一块C型磁铁,以改善此处的磁场梯度。同时,为了消除此C型磁铁对主磁场的影响,在此区域安放了一对线圈。计算结果表明引出系统的设计能够保证引出束流的强度和品质符合同步加速器的要求。     

冷却储存环主环注入线二极磁铁测量

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环工程主环注入线二极磁铁的测磁系统和测磁结果。着重分析了垫补线圈和极头削斜两种手段对C型弯曲二极磁铁积分磁场径向分布均匀度的调节效果。并且分析了TOSCA三维磁场计算程序与实际测量结果之间的误差及其产生的原因。     

兰州重离子加速器冷却储存环kicker磁铁设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）CSRm引出kicker磁铁的物理设计、参数计算以及结构设计和加工。为了减小电感，使上升时间达到要求，CSRm引出kicker磁铁采用分布式的传输线方案，同时将无感电容与磁铁并联以满足匹配的问题。磁铁用单匝线圈和铁氧体铁芯来降低电感、减少涡流损耗，并采取两台电源成对供电、导体一端共地的结构形式消除杂散电感和轴向场，这种方式不但消除了过桥的不利影响，而且可通过调节导体间距离方便的调节磁场均匀区宽度和磁铁电感。完成设计后磁铁电感小于1 μH，在140 mm范围内磁场均匀度好于±0. 5%，最高磁场达到0.038 T，最大峰值激磁电流约为2.5 kA。     

CSR60°二极C型铁磁场特性的研究

兰州重离子加速器冷却储存环主环注入线二极C型磁铁首次采用了磁极头中埋置垫补线圈调整磁场均匀度的设计.在其磁场测量中,使用了点测和积分测量的方法对其各方面特性参数进行了测量,并对积分场的测量结果以及内置垫补线圈对均匀场的垫补效果进行了详细的非线性分析.     

Lambertson型切割磁铁漏场的3维模拟计算和优化设计

 Lambertson型切割磁铁的漏场对RCS中的束流运行有较大的影响，包括束流集体不稳定效应以及高阶共振效应，为了对该型磁铁进行优化，利用3维磁场模拟程序OPERA3D/TOSCA，对北京散裂中子源/快循环同步加速环（CSNS/RCS）引出Lambertson型切割磁铁进行了物理设计。通过对不同的磁铁设计方案进行3维模拟计算和优化发现，采用15 mm厚的切割板以及在屏蔽管出口处添加半径为200 mm、厚度为10 mm屏蔽帽的磁场屏蔽措施，将Lambertson型切割磁铁的横向漏场降低到主磁场的0.80‰（y方向）和0.36‰（x方向），可以满足CSNS/RCS环的束流动力学设计要求。     

CSNS/RCS引出系统快脉冲冲击磁铁的磁场仿真和结构设计

中国散裂中子源快循环同步加速器引出系统快脉冲冲击磁铁,由分组安装于三个真空箱内的8台磁铁组成。对冲击磁铁进行磁场仿真和结构设计,并使用仿真软件进行优化。仿真结果表明:磁铁中心场60%宽度内的磁场均匀性达到0.7%,满足物理设计要求。同时,对两台磁铁间距大小与互感的关系进行模拟计算和分析。磁铁结构设计中,针对原样机中出现的铁芯不能可靠固定问题,进行修改和完善,并且设计出了一种简单实用的多螺栓滑动支撑结构,可使多台磁铁平稳推入真空箱内,同时完成多台磁铁的准直和固定。     

强流回旋加速器综合试验装置的磁场测量与垫补

强流回旋加速器综合试验装置的主体是一台紧凑型回旋加速器,加速器主磁铁材料的不均匀性,磁铁加工和安装的非理想因素将引起中心平面的磁场的非理想分布,因此有必要对其中心平面的磁场进行测量和垫补.本文主要讲述该综合试验装置的霍尔感应磁场测量系统的设计和使用;通过磁场测量数据分析进行镶条的再加工,最终实现对等时性磁场和束流的纵向聚焦的垫补;研究与实践了一种对磁场一次谐波进行垫补的方法,垫补的结果满足了设计的要求.     

强流回旋加速器综合试验装置的磁场测量与垫补

强流回旋加速器综合试验装置的主体是一台紧凑型回旋加速器, 加速器主磁铁材料的不均匀性, 磁铁加工和安装的非理想因素将引起中心平面的磁场的非理想分布, 因此有必要对其中心平面的磁场进行测量和垫补. 本文主要讲述该综合试验装置的霍尔感应磁场测量系统的设计和使用;通过磁场测量数据分析进行镶条的再加工, 最终实现对等时性磁场和束流的纵向聚焦的垫补;研究与实践了一种对磁场一次谐波进行垫补的方法, 垫补的结果满足了设计的要求.     

中国散裂中子源注入系统电切割磁铁物理设计

利用OPERA/TOSCA大型有限元分析软件对中国散裂中子源/快循环同步环（CSNS/RCS）注入系统的直流C型特种电切割磁铁进行了2维/3维磁场计算和设计,通过放置1 mm厚的DT4铁磁性屏蔽板,可将循环束流轨道上的边缘漏场比降低至2.610-4,大大减小了切割板外侧的边缘漏场对循环束流动力学的影响。另外,对该类型切割磁铁的线圈做了详细的水冷计算,以保证磁铁能在适当的温度下运行。结果表明,无论从物理上还是工程上,该类型磁铁完全可以满足CSNS/RCS注入系统物理设计以及长期稳定运行的要求。     

SSRF储存环流入薄切割磁铁样机的设计和研制

基于上海同步辐射装置（SSRF）储存环注入系统的需要，在国内首次研制成功了一台涡流板型切割磁铁，其性能指标均达到设计要求，特别是漏场指标，达到了国际同类磁铁的先进水平，本文对切割磁铁设计和研制的关键技术进行了讨论，对切割磁铁的性能进行了测试，在此基础上对这类切割磁场的设计和研制提出具有建设性的建议。     

涡流型切割磁铁的理论分析和模拟计算

从理论上推导了涡流型切割磁铁的漏场变化规律.以上海同步辐射装置(SSRF)用涡流型切割磁铁为例,进行了分析性计算和讨论,并与OPERA程序模拟计算的结果进行了比较.在此基础上,提出了降低漏场的方法和措施.     

Design of the beam transport line and injection system of the compact storage ring for TTX

In this article, we present the design of the beam transport line and injection system of the compact storage ring for the Tsinghua Thomson scattering X-ray (TTX) source. The layout of the beam transport line fits in with the limited available space. The injection system is simplified, consisting of only one single kicker; the stray field on the reference orbit is also reduced without the septum magnet. We choose a travelling wave kicker and present both 2D and 3D simulations for the structure design.     

短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法

本文提出一种用于短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法,通过结合线性规划和非线性优化算法,设计出的磁体系统具有建造成本低、结构简单、以及线圈中最高磁场、电流安全裕度和电磁应力可控等优点.首先,通过线性规划算法在欲布置线圈空间范围内建立二维连续网格划分,搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图;其次,将电流分布图中的非零电流簇离散成螺线管线圈,通过非线性优化算法计算出满足成像区域磁场均匀度要求、5 Gs杂散场限制、线圈中最高磁场限制、电流安全裕度以及线圈间尺寸间隔等约束条件的线圈结构参数.文中给出一个中心磁场为1.5T自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的设计案例,在50 cm球形成像区域所产生的磁场峰峰值不均匀度为10 ppm,线圈最大长度为1.32 m.该设计方法可用于对称、非对称螺线管线圈系统以及开放式双平面线圈系统的磁共振成像磁体系统设计.     

先进超导导体测试装置设计分析

针对聚变工程大型超导导体样品在高场下的性能测试需求,设计了内径0.6m、磁场13T的背景磁体系统。磁体系统由6层12个分离式超导线圈组成,线圈采用常规的螺线管结构,由外至内分别使用NbTi、Nb₃Sn和YBCO三种超导材料绕制而成;在直径500mm的测试区域范围内产生最高达13.22T的背景磁场,均匀性不低于95%。介绍了磁体线圈主要设计参数,用有限元软件完成电磁、结构分析。结果表明,设计合理可靠,能够满足导体测试装置的需求。     

5T有源屏蔽式超导磁体结构设计

介绍了为兰州Penning离子阱项目专门设计的5T有源屏蔽式超导磁体。 为达到物理设计要求的场均匀度, 超导磁体有3层共计6个线包组成。 同时为了确保线圈绕制的定位精度和在强磁场下的稳定性, 绕制骨架采用三筒体结构, 模拟计算表明线圈的绝缘和固定结构能够达到强磁场下的电气和机械性能要求。 对5T有源屏蔽式超导磁体结构设计材料选择以及线圈的绕制工艺进行了详细的论述。 A 5T actively shielded superconducting magnet was designed for Lanzhou Penning Trap project. In order to achieve homogeneity of physical requirements, superconducting magnet was made up of six coils, which were wound on framework of three layers. Meanwhile, three framework structure can ensure the precision of coil winding and the mechanical stability under intense magnetic field. The results of simulation show that the insulation and fixed structure of the coil can satisfy the electrical and mechanical requirements under intense magnetic field. At last, properties of the used materials and coil fabrication have been presented.     

利用Monte Carlo进行MRI主磁体的优化设计

磁共振成像（MRI）中的磁体系统是MRI整体装置的主体,而主磁体作为磁体系统的核心,为整个磁体系统提供基础磁场。其磁场位型、均匀性直接关系到磁体系统其它组件的设计以及最终的性能。文中提出一种利用ANSYS中的概率设计——Monte Carlo进行主磁体优化的设计方法,使得中心场区的磁场偏差从几千ppm降低到120 ppm左右。达到设计的目的．     

14T MRI大口径全身自屏蔽超导磁体的一种优化设计方法

磁共振成像(MRI)的磁体设计首先是确保中心成像区的场值和均匀性, 二是尽可能减少场值耗散的距离即漏磁5Gs 线. 基于此本文提出了一种线性与非线性规划联合优化的方法. 首先将导体作为基本单元, 在预布置线圈的空间范围内构建二维连续导体网格. 通过线性规划搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图. 再将存在电流的网格离散为一个个矩形线圈区域, 在保证场值均匀性、 杂散场5 Gs 线范围以及线圈位置间隔、 导体超导线安全裕度的前提下利用非线性规划, 具体确定各个线圈的轴向和径向位置、 线圈内导体层数和各层匝数以及通电流大小等. 采用这种联合优化方法, 不仅节省优化时间, 还可以自行设计线圈形状有利于工程实现. 文中由此方法给出了14 T MRI 磁体的一种设计方案, 依靠4 组线圈使得45 cm 中心球形成像内不均匀度降低到5 ppm, 而高场耗散的5 Gs 线通过磁体自屏蔽减小到15 m 以内. 满足了设计的要求.