Магнитная периодическая фокусирующая система

 

I о и и c A н и е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 604053

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04,02,76 (21) 2320239/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет(43) Опубликовано25.04.78 Бюллетень №15 (45) Дата опубликования описания11.0 . 7S. (51) М. Кл.

Н 01 J 23/08

Гооударственный комитет

Совета й1инистров СССР оо делан изобретений и открытий (53) УДК6 21.385.6 (088„8) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Мельников и А, И. Кудрявцев (71) Заявитель (54) МАГНИТНА Я ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ФОКУСИРУЮЩА Я СИСТЕМА

Изобретение относится к электротехнике, точнее к выполненным на постоянных магнитах системам для фокусировки потоков заряженных частиц (предпочтительно электронных потоков), создающим в осевом рабочем канале магнитное поле, изменяющееся по периодическому закону.

Подавляющее большинство наиболее прогрессивных и перспективных электровакуумных

СВЧ усилителей (ламп бегущей волны), проектируется, исходя из перспективы фокусировки электронного потока лампы с помощью магнитной периодической фокусирующей системы (МПФС).

Удачные МПФС могут быть созданы только на основе конструктивного компромисса между удовлетворением требований снижения веса при одновременном снижении стоимости магнит ной системы, снижения уровня дефокусирующих (поперечных движению электронного потока) магнитных полей в ее рабочем канале, при одновременном снижении длины периода системы и сохранении магнитных фокусирующих потоков высокой плотности и симметричности в каждой ячейке системы, и все это не должно приводить к усложнению технологии намагничивания и монтажа системы.

Для обеспечения снижения величины периода МПФС необходимо применять магниты с высокой остаточной индукцией, для снижения поперечных полей в системе должно быть достаточно много магнитно-мягкого материала около рабочего канала системы, чтобы он мог шунтировать и экранировать все неизбежные неоднородности в постоянных магнитах. Для снижения веса и стоимости системы в ней должен очень полно использоваться магнитно-твердый материал системы для создания именно рабочего магнитного поля в осевом канале системы, что возможно только при радиальном намагничивании магнитов системы из высокоиндукционных материалов в сборе со всеми другими деталями системы.

Известны МПФС, выполненные из радиально-намагниченных магнитов, причем в каждой ячейке установлено несколько призм, чтоб получить в рабочем канале системы аксиальносимметричное одинаковое по азимуту канала магнитное поле (в предельном случае не меньше двух расположенных один напротив другого и противоположно намагниченных призматических магнитов) (11.

Эти системы, однако, сложны конструктивно и технологически, а случай применения в

25 ячейке двух магнитов предположительный, так

604053 как подобрать два тождественных магнита очень сложно и обычно в ячейке применяется

3 — 4 призматических магнита.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является МПФС, содержашая радиально-намагниченные призматические магниты, подключенные одним полюсом к экрану, а другим — к полюсным наконечникам 121.

В системах с периодом меньшим 15 мм возможности высокоиндукционных магнитно-твердых материалов для создания периодического Io поля вдоль оси используются не полностью из-за невозможности намагнитить систему в сборе; при намагничивании магнитов до сборки в систему каждый призматический магнит системы сильно размагничивается собственным

15 размагничиваюшим полем. На оси системы, намагниченной не в собранном виде, рабочее магнитное поле на 25 — 30 /, ниже того, что в состоянии обеспечить магниты, когда система намагничена в сборе.

Кроме того, в известных МПФС HB намагниченных-радиально фокусируемому электронному потоку магнитах велики поперечные магнитные поля на оси за счет разницы в свойствах и уровне намагничивания магнитов, устанавливаемых в одной ячейке системы (сделать цельный радиально-намагниченный кольцевой магнит сложно) .

Если МПФС предназначена для фокусировки плоского электронного потока, то и в этом случае противолежашие один другому через рабочий канал призматические магниты очень сложно намагнитить до одинакового уровня и добиться малых поперечных магнитных полей в системе.

Целью изобретения является упрошение намагничивания системы и улучшение однородности магнитного поля. улучшение в системе 35 азимутальной однородности фокусируюшего магнитного поля в каждой магнитной ячейке и улучшение в ией повторяемости амплитудных значений магнитного поля иа оси каждой ячейки.

Это достигается тем, что призматические 4 магниты расположены так, что IKv векторы намагниченности коллинварны один другому, причем напротив каждого из них расположен призматический магнитопровод, соединенный с экраном. 45

Для повышения аксиальной симметрии магнитного поля призматические магнитоироводы соединены с пол(осными наконечниками.

Для ".лмчшсния теплоотвода от системы в призматических магнитопроиодаv могут оыть выполнены сквозные отверстия дли прохождения хладаге(п.а, соединенные друг с другом

I!Ол Ым т> и.:!ОГ, )() IIО ",Ом.

На фи!.. и::0(?раже(1 па;? иа «т м;!гн итHoH иериодическс>й с стигмы (ир(!()1оугол- иы» раООЧ ИМ K;.I i! H. (О. :> 1 IKI IIÒO>I>IÛ ÌII 11(? IIOCII I I » I . 1>3 ко н р ч и и к ы "iT и, I с> е l i (.,(II; i! >1) !I l . 2 и1?Одоп ьны и p: .3p04; I13 (1) и! . 3 — !I" (20,);! Жсн в а 0 rI а нт м а Г н и т! 10 Й с i i ("! (? I ы с I! ил 1! !1д1> и i (,"; к и м рабочим каналом и полк?оными иакоисчииками бо с кольцевыми ступицами, предназначенной для фокусировки осесимметричных электронных потсскбв, вид спереди; на фиг. 4 — то же, продольный разрез; на фиг. 5 изображена магнитная система на основе намагниченных в одном направлении стержневых магнитов перемежаемых магнитопроводами и медными дисками с канавками для охлаждаюшей прибор жидкости, продольный разрез; на фиг. 6 — то же, поперечный разрез.

Простейший вариант предлагаемой магнитной периодической фокусируюшей системы (фиг. 1, 2) состоит из серии призматических магнитов 1, намагниченных перпендикулярно к фокусируюшей компоненте (продольной составляющей) рабочего магнитного потока в систе»е и подключенных одним полюсом к полосовым магнитно-мягким экранам системы 2 и 3, а другим — к магнитно-мягким полюсным наконечникам 4, которым через рабочий канал 5 противолежат призматические магнитопроводы

6, соединенные с экраном или выполненные с ним вместе в виде одной детали.

Серия магнитов 1 перемежаемых магнитопроводами 6, подключенных к одному из экранов 2 или 3, составляют единый блок, который легко намагнитить до насыщения, например, установив его в зазоре мощного электромагнита так, чтобы направление магнитного поля в зазоре электромагнита совпадало с направлением текстуры магнитов. Предлагаемое выполнение системы в виде единого блока из магнитов и магнитно-мягких деталей — экрана и серии призматических магнитопроводов 6 — резко улучшает повторяемость магнитного поля в ячейках периодической системы и приводит к снижению уровня поперечных (дефокусируюших электронный поток) компонент магнитного поля в рабочем канале системы за счет объединения магнитопроводами и экраном всех магнитов и перераспределения (сглаживания) разницы создаваемых ими магнитных потоков.

Магниты 1 МПФС, изображенной на фиг. 3 и 4, подключены к магнитно-мягким полюсным наконечникам 7, имеющим осевое отверстие и примыкающим к магн((топроводам 8, соединяющим наконечники 7 с экранами 2 или 3 противолежашими магнитач диаметрально по другую сторону ст осевого отверстия в полюсном наконечнике. В такой системе все магниты 1 должны быть намагничены в одном направлении. что легко осуществить, помещая систему в зазор мощного электромагнита всю целиком (если она короткая) или последовательно по частям. Намагничивание системы в сборе позволяет наиболее полно использовать возможности постоянных магнитов. Объединение в системе всех магнитов и полюсных наконечников в единую магнитную цепь магнитно-мягкими экранами 2 и 3 позволяет получить на оси системы наиболее выравненное по величинам амплитудных значений периодическое магнитное поле. Наличие в системе ОолыиогO количества магнитно-мягкого материала обеспечивает снижение на оси поперечных дсфокусирующи?с магнитных полей 10 минимума.

604053

Вариант выполнения МПФС, при котором магнитная структура хорошо согласовывается с системой надежного жидкостного охлаждения магнитов от тепловых перегрузок приведена на фиг. 5 и 6.

Медный теплопровод 9 имеет круговую канавку 10 с двумя отверстиями для пропуска охлаждающей жидкости, медный диск 11 с двумя отверстиями для пропуска жидкости спаян по наружному контуру с теплопроводом 9 и соседним магнитно-мягким стальным наконечником 12, а также магнитом 1.

Циркулирующая по канавкам в теплопроводах 9 и отверстиям в деталях 11 и 12 жидкость надежно охлаждает корпус электронного прибора, к которому примыкают медные и стальные детали 9, 11 и 12 и предохраняет магниты 1 от возможного перегрева, а также обратимого снижения магнитного поля в системе при повышении температуры магнитов. Кроме перечисленного, у магнитов из современных магнитных материалов при их изготовлении неизбежеН существенный разброс в магнитных параметрах, что выразится при контроле в различиях формы предельной кривой размагничивания от магнита к магниту и разбросе в величине коэрцитивной силы; это приводит к большой разнице в величинах температурных коэффициентов у магнитов и, следовательно, к сильной расстройке МПФС (не одинаковому изменению амплитудных значений магнитного фокусирующего поля в системах) при росте температуры системы.

Предлагаемая магнитная система с встроенной в нее системой охлаждения позволяет исключить отмеченную выше расстройку МПФС с ростом температуры.

Основные технико-экономические преимущества описанных систем сводятся к тому, что в предлагаемых конструкциях с большим количеством магнитно-мягкого материала, который исключает, появление дефокусирующих компонент магнитного поля, удается наиболее полно использовать все возможности высокоиндуктив ных (а именно они, как известно, выгоднее в наиболее перспективных системах с радиальнонамагниченными магнитами) магнитно-твердых материалов за счет такого расположения магнитов в периодической системе, что ее возмож5 но очень просто намагничивать целиком в сборе.

Предлагаемые магнитные периодические фокусирующие системы могут найти применение в электронной микроскопии, ускорителях заряженных частиц и электровакуумных приборах для формирования и стабилизации протяженных потоков заряженных частиц.

Формуга изобретения

1. Магнитная периодическая фокусирующая система, содержащая радиально намагниченные призматические магниты, подключенные одним полюсом к экрану, а другим — к полюсным наконечникам, отличающаяся тем, что, с целью упрощения намагничивания системы и улучшения однородности магнитного поля, призматические магниты расположены так, что

»х векторы намагниченности коллинварны один другому, причем напротив каждого из них расположен магнитоненасыщенный призматичес25 кий магнитопровод, соединенный с экраном.

2. Система по и. 1, отличающаяся тем, что призматические магнитопроводы соединены с полюсным и наконечниками.

3. Система по пп. 1, и 2, orëè÷àloùàíñÿ тем что с целью нлучп|ения теплоотвода от

30 системы, в призматических магни <п|роводах выполнены сквозные отверстия для .прохождения хладагента, соединенные друг с другом полым теплопроводом.

Источники информации, пр«||ятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Англии № 7!)2002, кл. 35 F, 1956.

2.,1итвинова И. В. Магнитные периодические фокусирующие системы I рсоенчатого типа.

«Электронная техника». Сер||я Х П, вып. 1(18), 1969, с. 71- — 84.

604053

Фиг. 4

12 ф,гг, Б,т

Фиг. Б

Составитель E. Шитова

Техред О. Луговая Корректор H. Тупица

Тираж 960 Подписное

Редактор Е. Скляревская

Заказ 2106/44

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по дела м изобретен нй н открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауш кая наб. д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4