Sextupole magnet - Sextupole magnet

Elektromagnet sextupole používaný v rámci úložný prsten z Australský synchrotron opravit chromatické aberace z elektron paprsek

Silové čáry idealizovaného sextupólového magnetu v rovině příčné ke směru paprsku

A sextupole magnet (také známý jako hexapolový magnet) sestávají ze šesti magnetických pólů stanovených v uspořádání střídavého severního a jižního pólu uspořádaných kolem osy.^[1] Používají se v urychlovače částic^[1] pro kontrolu chromatické aberace a pro tlumení nestabilita ocasu hlavy. Dvě sady sextupole magnety jsou používány v přenosové elektronové miskoskopy opravit sférická aberace.

Návrh použití sextupolů elektromagnety obvykle zahrnuje šest ocel špičky pólů se střídavou polaritou. Ocel je magnetizována velkým elektrický proud který proudí ve svitcích drátu omotaných kolem pólů. Cívky mohou být vytvořeny z dutého měděného magnetického drátu, který nese chladicí kapalinu, obvykle deionizovanou vodu. The proudová hustota takového vodiče může být vyšší než 10 ampér / mm² (čtyřnásobek oproti standardním měděným vodičům).

V urychlovačích částic

Při energiích dosahovaných ve vysoké energii urychlovače částic, magnetická výchylka je silnější než elektrostatická, a použití magnetického termínu Lorentzova síla:

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

je umožněno různými magnety, které tvoří „mříž“ potřebnou k ohýbání, řízení a soustředit se paprsek nabitých částic.

The čtyřpólové magnety používané k zaostření a sloučení paprsku mají nešťastnou vlastnost, že jejich zaostřovací síla (popsatelná pomocí a ohnisková vzdálenost ) je závislá na energii zaměřené částice - vysoce energetické částice, které mají delší ohniskové vzdálenosti, než ty s nižší energií. Jelikož všechny realistické paprsky mají určité nezanedbatelné šíření energie, jakékoli zaostřovací schéma, které se spoléhá čistě na kvadrupólové magnety, způsobí, že velikost paprsku „vybuchne“ se vzdáleností.

v lineární urychlovače je to způsobeno nedostatečným nebo nadměrným zaostřením částic, když jsou v úložné kroužky to souvisí s chromatičnost prstence (tendence pro částice mimo energii mít různé hodnoty pro betatron fázový posun na oběžnou dráhu).

Toto je obvykle řízeno přidáním sextupolárních polí do mřížky.

Sextupolární pole mají ohniskovou vzdálenost, která je nepřímo úměrná vzdálenosti od středu magnetu, kterým částice prochází. To je podobné působení kvadrupólu, jehož účinek na paprsek lze popsat jako ohyb, jehož síla závisí na vzdálenosti od středu magnetu.

Pokud je sextupole umístěn v bodě, ve kterém jsou částice v paprsku uspořádány podle svého energetického posunu (tj. Oblast nenulová disperze ), pak lze sextupole nastavit na sílu, která zajistí, že částice všech rozumných energetických kompenzací budou zaostřeny do stejného bodu. To popře tendenci čtyřpólové mřížky rozptýlit paprsek.

Problémy

Sextupolární pole jsou nelineární (tj. Závisí na součinu velikostí příčných posunů) a mají výrazy, které závisí na vodorovném i svislém posunutí (tj. Jsou spojeny).

To vede k pohybovým rovnicím, které nelze vyřešit pro obecný případ, což vyžaduje použití aproximací při výpočtu jejich účinků na paprsek.

Kromě toho může kvadraturní závislost sextupolového kopu na příčném posunutí paprsku vést k tomu, že částice s vysokou amplitudou budou kopány daleko od osy paprsku a budou ztraceny na stěnách trubky paprsku. Díky tomuto mechanismu omezí přidání sextupolových polí do mřížky urychlovače dynamická clona nebo přijetí akcelerátoru.

Viz také

• Paprsek nabitých částic
• Dipólový magnet
• Elektronová optika
• Halbachův válec
• Vícepólový magnet
• Quadrupole magnet

Reference