基于ANSYS的回旋加速器主磁铁优化设计

基于ANSYS软件的建模与磁场有限元分析功能,实现了回旋加速器主磁铁的优化设计.给出了由滑相角度估算磁极张角修正量的方法,根据滑相角度计算磁场沿圆周的平均值与等时性场的偏差;为消除此偏差,将磁场沿圆周的分布做硬边界近似,估算出磁极几何尺寸(磁极张角)的修正量.利用ANSYS软件创建和修正磁铁模型,计算磁场;通过束流动力学分析给出设计磁场与等时性磁场的偏差,据此对磁铁进行不断修正,实现磁铁的优化设计计算.为完成上述功能,开发了应用软件CMEF,把ANSYS自动建模计算程序和束流动力学计算程序集成在一起,形成一个完整的回旋加速器主磁铁优化设计软件.     

华中科技大学新任校长樊明武院士简历

樊明武 ,男 ,1 943年 7月生 ,湖北沙市人 ,研究员 ,博士生导师 ,中国工程院院士 .樊明武同志 1 965年毕业于华中工学院 .他是我国著名的回旋加速器专家、磁铁理论与工程专家 ,国家级有突出贡献的中青年专家 .樊明武同志多次应邀工作于美、英、法等国著名研究所 ,从事粒子加速器和电物理设备有关技术研究 .在回旋加速器研制、改进工程中 ,发展了回旋加速器理论和主体技术 .在 30ＭｅＶ强流质子回旋加速器研制中 ,解决了关键设备技术问题 ,使该加速器达到 90年代国际先进水平 ,磁场计算结果有偿转让国外 ,该加速器被两院院士投票评选为全国 1 …     

磁铁材料对加速器电磁铁好场区的影响

计算证明在低场区的电磁铁中,不同的磁铁材料对磁铁工作的好场区范围有很大的影响。为了设计具有较大好场区而又结构紧凑的电磁铁,以电子回旋加速器中的电磁铁设计为例,对DT4铁、A3钢等制成的磁铁,利用POISSON程序模拟计算其各自的磁场分布情况,并进行比较。结果显示:在相同结构下,以磁导率较大的DT4铁作为材料的磁铁其极间好场区半径为38cm,比A3钢磁铁的好场区半径大20cm。由此可得出结论:磁铁材料的磁导率越大,磁铁的磁场分布越均匀,即好场区越大。     

小型回旋加速器虚拟样机技术

小型回旋加速器虚拟样机技术是把小型回旋加速器的理论计算、分析、信息技术与机械设计、加工、装配、调试、运行、维修等专家知识进行有机结合，在系统仿真和虚拟现实基础上发展起来的一种新概念技术。基于虚拟样机，可以实现创新设计，有效降低探索风险。文章探讨了回旋加速器虚拟样机系统框架，讨论了虚拟样机系统的体系结构和回旋加速器产品的全生命周期仿真，提出了基于全生命周期集成和多学科协同设计的回旋加速器虚拟样机的开发思路。     

前沿

<正>我国能量最高的质子回旋加速器研制成功由中核集团原子能科学研究院完成的回旋加速器首次调试出速度接近一半光速的质子束。这台回旋加速器取得了一系列"国际首次"的创新性成果:国际上首次在70MeV以上能区采用直边扇磁极、实现强聚焦;首次实现大型回旋加速器真空中的磁场测量与等时性垫补;在紧凑型回旋加速器中高频腔品质因数首次达到9500;首次研究了紧凑型回旋加速器的注入六维匹配和引出色散,提高了强流束的传输效率。回旋加速器可生产治疗癌症同位素药物。     

模拟"粒子回旋加速器"的研制

粒子回旋加速器是物理教学中的重要内容，但是回旋加速器的结构、原理和工作过程对学生来说理解起来相当抽象，那么如何形象地对这一内容进行演示，来解决教学过程中的困难，本文作者提出了自己的方法即模拟“粒子回旋加速器”的研制，以供读者借鉴。     

低能小型医用回旋加速器谐振腔的有限元分析

应用有限元方法分析了一台小型医用回旋加速器的谐振腔.以PC机为平台,采用ANSYS软件进行建模,对腔体的谐振频率、空载品质因数进行了研究,探讨了微调电容间距、网格剖分精度以及建模方法对计算结果的影响.回旋加速器谐振腔不是一个严格的封闭腔体,结构复杂.为减少计算量,根据其物理特性对腔体做了封闭处理,研究发现,这一简化的模型对计算精度的影响不大.计算结果和实际测量结果的误差在工程允许的范围之内,表明基于有限元的软件能够很好地计算类似回旋加速器高频谐振腔这样具有复杂边界的腔体结构,可用于加速器的物理设计及工程设计.     

回旋加速器真空系统的改进

回旋加速器真空系统的改进谢德高张友发（原子核科学技术研究所）回旋加速器的真空系统能否安全运行，对回旋加速器的正常供束起着十分重要的作用．近年来，由于设备老化和供电供水等方面的原因，致使真空系统常出现烧坏电机以及损坏设备等停机故障，严重地影响到加速器的...     

加速器磁场技术及应用

从加速器的储存环中应用的磁铁的特点、技术和应用,磁铁是储存环中必不可少的重要元件,主要涉及到磁铁的技术,对磁场缺陷的校正和对色品的校正,了解他可以使我们更好地操作运行同步光源．     

回旋加速器偏转板高压套管的研制

回旋加速器偏转板高压套管的研制刘练达（原子核科学技术研究所）偏转板是回旋加速器的关键部件之一．为了使８０ｋＶ直流高压能加到回旋加速器的偏转板上，在高压电缆与同轴筒之间必须设置高压套管，并且要求该高压套管除了能满足机械和电气强度的要求外，还要求它在偏转...     

往复流条件下灯浮标回旋运动的参数估计

为了分析往复流条件下的灯浮标回旋运动规律，先提出以回旋中心和回旋半径作为定量描述灯浮标回旋运动的参数，然后提出基于核密度的参数估计模型。实验结果表明:在往复流条件下回旋半径参数估计值的波动周期与往复流的周期具有统计上的一致性，参数估计值有效。为了定量描述往复流条件下灯浮标安全领域对航道的占用程度，进而优化灯浮标配布，提出基于回旋半径的航道占用率算法。实验结果表明:在往复流条件下此算法能够有效度量灯浮标安全领域对航道的占用程度，有助于分析和优化灯浮标配布。     

量子棒中磁极化子的回旋共振特性和光学声子平均数

基于Huybrechts线性组合算符法,采用Lee—Low-Pines幺正变换和变分技术研究了磁场中量子棒内抛物限制势下电子一体纵光学声子强耦合磁极化子基态的回旋共振特性,推导出磁极化子回旋共振频率和光学声子平均数与磁场的回旋频率、电子一声子耦合强度、量子棒的纵横比和受限强度的变化规律。数值结果表明：磁极化子的光学声子...     

Cyclotron frequency shifts arising from polarization forces

The cyclotron frequency of a charged particle in a uniform magnetic field B is related to its mass m and charge q by the relationship omega(c) = qB/m. This simple relationship forms the basis for sensitive mass comparisons using ion cyclotron resonance mass spectroscopy, with applications ranging from the identification of biomolecules and the study of chemical reaction rates to determinations of the fine structure constant of atomic spectra. Here we report the observation of a deviation from the cyclotron frequency relationship for polarizable particles: in high-accuracy measurements of a single CO+ ion, a dipole induced in the orbiting ion shifts the measured cyclotron frequency. We use this cyclotron frequency shift to measure non-destructively the quantum state of the CO+ ion. The effect also provides a means to determine to a few per cent the body-frame dipole moment of CO+, thus establishing a method for measuring dipole moments of molecular ions for which few comparably accurate measurements exist. The general perturbation that we describe here affects the most precise mass comparisons attainable today, with applications including direct tests of Einstein's mass-energy relationship and charge-parity-time reversal symmetry, and possibly the weighing of chemical bonds.     

直接冷却超导磁储能磁体加载实验与热分析

阐述了35 kJ高温超导磁储能系统及其实验装置,通过对直接传导冷却超导磁储能磁体进行电流加载实验,对磁体进行了动态热分析.研究表明:在变流器对超导磁储能磁体充放磁储能过程中,磁滞损耗是功率损耗的主要部分,对磁体温升影响最大;减小变流器直流侧频率有利于抑制磁体温升.基于热稳定性分析了导冷结构的优化因素,指出直接冷却导冷结构应强化关键部位(磁体上部)的传热,以减小磁体轴向温差.     

大面积钢板局部磁化的三维有限元分析

采用三维有限元方法研究了大面积钢板漏磁检测的局部磁化，分析了钢板宽度变化对磁化效果的影响，论证了局部磁化的可行性．研究了励磁装置中永磁体磁厚度、磁极面积以及磁化间隙等变化对局部磁化效果的影响．分析表明，永磁体极面积是影响磁化性能的关键因素，当钢板内局部被磁化饱和时，永磁体厚度和磁化间隙的影响不显著．根据有限元优化结果设计的大面积钢板漏磁检测的励磁装置在实践中得到了应用．     

非局域磁捕获共振现象对回旋激射的影响

讨论磁镜场中弱相对论捕获电子的非局域磁捕获共振现象对回旋激射的影响。在高能电子分量与冷背景等离子体分量相比为一小量的近似下，用解析方法研究了回旋捕获共振所导致的沿磁力线传播的回旋激射，其结果与局域理论比较，发现非局域效应有很强的抑制作用。     

蛇形波浪能采集系统的仿真分析

设计出一种蛇形波浪能采集系统。系统由圆柱浮筒连接构成,浮筒中交替放置永磁体和软磁体。浮筒随着波浪上下浮动,引起缠绕在软磁体上线圈中磁通量的改变,感应出电能。文章针对黄海海域建立出海浪数学模型,据此设计结构参数。应用Ansys对系统仿真计算,单个浮筒的平均功率约2.36Kw,能量采集效率约18.9%。     

电子回旋波控制托卡马克中电流分布的研究

利用电子回旋波电流驱动定域性好的特点,在数值上研究了电子回旋波对托卡马克中电流分布的控制.结果表明:电子回旋波频率、功率和波发射角度对电流分布起重要作用,优化计算得到了一组波参数.在此波参数下可以有效地驱动等离子体中心电流,并使之满足等离子体平衡电流的分布形式.     

一种永磁轴承的设计和磁场分布的解析计算

从永磁体的分子电流观点出发,应用矢量磁位法,对轴向均匀充磁的永磁环,建立用完全椭圆积分表示的永磁环外部空间磁势和磁场分布的解析计算表达式.根据矢量迭加原理,应用该公式可计算1块至多块永磁环并列放置时其外部空间的磁场分布.通过对单块永磁环磁场分布的仿真计算和实验测试数据比较,磁感应强度计算误差不超过8%,验证了计算公式的正确性.     

测井约束反演在泌阳凹陷下切谷储层预测中的应用

以泌阳凹陷为例 ,在层序地层学研究的基础上 ,应用测井约束反演方法进行了下切谷精细解释和储层预测。首先 ,利用测井约束反演方法进一步确定该区下切谷的存在 ,并在多井约束条件下从反演三维数据体中精细解释了下切谷的分布范围、发育规模和内部充填序列 ,对该区下切谷的形成和充填过程进行了解释。在此基础上 ,提出了泌阳凹陷下切谷充填过程为“顺源堆积”的新结论。同时针对下切谷内隐蔽圈闭的形成条件 ,选取透镜砂体、上倾尖灭砂体和上倾方向被断层遮挡的砂体为该区有利砂体 ,进而对 14个有利砂体的展布、组合规律及隐蔽圈闭的类型、规模及位置进行了预测 ,为该区隐蔽圈闭预测和井位部署提供了重要的技术依据。