Шестипольный магнит

Шестипольный электромагнит, используемый в накопителе австралийского синхротрона для коррекции хроматических аберраций электронного . луча

Шестипольный магнит (также известный как шестиполюсный магнит ) состоит из шести магнитных полюсов, расположенных в виде чередующихся северных и южных полюсов, расположенных вокруг оси. ^[1] Их используют в ускорителях частиц. ^[1] для контроля хроматических аберраций и демпфирования нестабильности головы и хвоста . Два набора секступольных магнитов используются в трансмиссионных электронных микроскопах для коррекции сферической аберрации .

Конструкция секступолей с использованием электромагнитов обычно включает шесть стальных наконечников полюсов переменной полярности. Сталь намагничивается сильным электрическим током , который течет по виткам проволоки, намотанным на полюса. Катушки могут быть изготовлены из полой медной магнитной проволоки, по которой подается охлаждающая жидкость, обычно деионизированная вода. Плотность тока такого проводника может быть выше 10 А/мм. ² (в четыре раза больше, чем у стандартных медных проводников).

В ускорителях частиц

При энергиях, достигаемых в ускорителях частиц высоких энергий , магнитное отклонение более мощное, чем электростатическое, и используется магнитный член силы Лоренца :

\mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} ),

активируется с помощью различных магнитов, которые составляют «решетку», необходимую для изгиба, направления и фокусировки пучка заряженных частиц.

Квадрупольные магниты, используемые для фокусировки и объединения луча, обладают тем неудачным свойством, что их сила фокусировки (описываемая фокусным расстоянием ) зависит от энергии фокусируемой частицы — частицы с высокой энергией имеют более длинные фокусные расстояния, чем частицы с более низкой энергией. Поскольку все реалистичные лучи имеют некоторый, немаловажный, разброс по энергии, любая схема фокусировки, основанная исключительно на квадрупольных магнитах, приведет к тому, что размер луча «растет» с расстоянием.

В линейных ускорителях это связано с недостаточной или перефокусировкой частиц, тогда как в накопителях это связано с цветностью кольца (тенденцией неэнергетических частиц иметь разные значения набега бетатронной фазы на орбиту). ).

Обычно это контролируется добавлением в решетку секступолярных полей.

Шестиполярные поля имеют фокусное расстояние, обратно пропорциональное расстоянию от центра магнита, с которым проходит частица. Это похоже на действие квадруполя, воздействие которого на луч можно описать как изгиб, сила которого зависит от расстояния от центра магнита.

Если секступоль поместить в точку, в которой частицы в пучке расположены по их смещению по энергии (т. е. область ненулевой дисперсии ), тогда можно установить силу секступоля, которая гарантирует, что частицы всех разумных энергий смещаются. сосредоточены в одной точке. Это сведет на нет тенденцию квадрупольной решетки рассеивать пучок.

Проблемы

Шестиполярные поля нелинейны (т.е. зависят от произведения размеров поперечных смещений) и имеют члены, которые зависят как от горизонтального, так и от вертикального смещения (т.е. они связаны).

Это приводит к уравнениям движения, которые невозможно решить в общем случае, что требует использования приближений при расчете их воздействия на балку.

Кроме того, квадратурная зависимость секступольного удара от поперечного смещения пучка может привести к тому, что частицы большой амплитуды будут выброшены далеко от оси пучка и потеряются на стенках пучка. Из-за этого механизма добавление секступольных полей в решетку ускорителя будет ограничивать динамическую апертуру или приемистость ускорителя.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Шестипольный магнит» . Европейский рентгеновский лазерный проект (XFEL). нд . Проверено 17 сентября 2008 г.

[XFEL-1] Jump up to: ^а ^б «Шестипольный магнит» . Европейский рентгеновский лазерный проект (XFEL). нд . Проверено 17 сентября 2008 г.

[1]