文档介绍：重大核科学工程·HI-13 串列加速器升级工程 113

从图 1 可知,在 CYCIAE-100 磁场测量和垫补过程中,真空引起的最大平均场的差大于 4 Gauss,
是无法忽略的,且平均场的差随半径的变化为非线性。从图 2 可知,因大气压力引起的磁场变化无
法用简单的垫补因子来近似,因为磁场变化在加速器峰区为正,在谷区为负。为了提高 CYCIAE-100
主磁场的垫补精度,磁场的测量和垫补将在真空条件下进行。

100 MeV 强流质子回旋加速器主磁铁磁场测量仪机械设计

吕银龙,钟俊晴,邢建升,殷治

CYCIAE-100 强流回旋加速器因为其磁极间气隙小,主磁铁的内部缺陷、机械加工的误差和安
装误差等因素对中心平面的磁场分布的影响就相对明显,因此需要对主磁铁的磁场进行精确测量与
垫补。磁场精确测量的基础是要设计一套高精度的磁场测量仪,本文对这套磁场测量仪的机械设计
进行了简要描述。

1 磁场测量的要求
100 MeV 回旋加速器主磁铁磁场测量要求设计一套精密的、高度自动控制的磁场测量装置以及
相关运动控制、数据获取和处理程序。这套磁场测量装置的功能要求如下。
1)测量臂能够围绕加速器中心轴顺时针和逆时针任意旋转;测磁元件可沿径向往复运动。磁
场测量的径向范围为-100~2 100 mm(以加速器中心为原点);磁场测量的周向范围为 360°+10°,
即要求周向全部覆盖,且首尾重叠。
2)磁场测量的范围:470~13 400 Gauss。具体设计时可以超出这个范围,即最低的可以低于
400 Gauss,最高的可以高于 14 000 Gauss。
3)测量点分布为径向间隔(10±)mm,角度方向间隔 1°±°,第 1 圈点从距加速器中心
半径 5 mm 处开始测量。测量点的相对位置误差为径向± mm,角度方向± 5°,霍尔探头平
面与中心平面相差± mm 范围内。磁场值测量误差± Gauss。
4)主磁铁磁场测量周期(磁场测量 1 次所需时间)小于 24 h。
5)在磁场测量和垫补过程中消除磁铁所受的大气压力对磁场的影响。因为大气压力对磁场的
影响表现为在磁铁峰区使得磁场增加,在谷区磁场减小,因此最好能够做到真空下测磁。
6)磁场测量装置中放置在加速器内部的部件无磁性。

2 磁场测量装置的设计方案
针对 100 MeV 回旋加速器主磁铁磁场测量的要求,拟采用圆周方向和径向方向二维运动均为
大闭环运动控制的方案。圆周方向采用伺服电机+减速机,驱动中心位置的 1 对齿轮,带动转动臂
旋转,转动臂中心与旋转轴连接,旋转轴上安装有精度为 2″的角度编码器,可以精确地反映出转
动臂的角度位置。径向方向采用伺服电机驱动同步带,同步带带动滑动块在转动臂上滑动,滑动块
上安装有光栅尺读数头,可以精确测定滑动块的径向位置,驱动同步带的伺服电机安装在主磁铁的
下面,通过 1 根细长驱动轴驱动位于磁铁中心部位气隙内的同步带轮转动。测磁霍尔探头安装在滑
动块上,与光栅尺读数头之间为刚性连接,因此光栅尺的测量数值就能精确反映出霍尔探头的位置。
要求位于主磁铁内的所有零部件均为非导磁材料