[论文解读] Development of a DTL Quadrupole Magnet with a New Electroformed Hollow Coil for the Jaeri/Kek Joint Project

K. Yoshino, E. Takasaki+7 more|ArXiv.org|Aug 19, 2000

Superconducting Materials and Applications被引用 10

一句话总结

本文介绍了为日本原子能研究开发机构/高能加速器研究机构（JAERI/KEK）高强度质子加速器项目开发的一种新型DTL四极磁体，采用新型电铸空心线圈。该磁体设计通过改进的周期性反向电铸工艺制造，实测性能与计算机仿真结果一致，成功在324 MHz下实现高精度、高可靠性的漂移管集成。

ABSTRACT

Quadrupole electromagnets have been developed with a hollow coil produced using an improved periodic reverse electroforming. These will be installed in each of the drift tubes of the DTL (324 MHz) as part of the JAERI/KEK Joint Project at the high-intensity proton accelerator facility. Measurements of the magnets' properties were found to be consistent with computer-calculated estimated. The details of the design, the fabrication process, and the measurement results for the quadrupole magnet are described.

研究动机与目标

• 设计并制造一种紧凑、高精度的四极磁体，适用于安装在DTL加速器的漂移管内。
• 开发一种新型电铸技术，用于制造具有更高尺寸精度和机械稳定性的空心线圈。
• 在不损害束流动力学或机械完整性的前提下，将四极磁体集成到324 MHz DTL结构中。
• 通过实验测量并与计算机仿真结果对比，验证磁体性能。
• 支持JAERI/KEK联合项目，实现高强度质子束加速，同时最小化束发射度增长。

提出的方法

• 利用周期性反向电铸技术，制造具有高尺寸精度和均匀厚度的空心铜线圈。
• 设计四极磁体，使其在DTL漂移管的有限空间内仍能产生强聚焦磁场。
• 采用有限元法（FEM）仿真预测磁场质量、梯度及多极分量。
• 通过精确对准空心线圈与层叠铁轭结构，完成磁体的制造。
• 利用霍尔探头系统测量磁场特性，包括梯度和磁场均匀性。
• 将实测磁场性能与仿真结果进行对比，以验证设计与制造工艺的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过改进的周期性反向电铸工艺制造的空心线圈，能否满足DTL四极磁体对磁场质量与机械稳定性的要求？
• RQ2 实测磁场性能在多大程度上与计算机仿真预测的四极磁体性能一致？
• RQ3 四极磁体在不降低束流质量的前提下，能否成功集成到DTL漂移管结构中？
• RQ4 在制造用于加速器磁体的高精度空心线圈过程中，面临哪些关键制造挑战，又是如何解决的？
• RQ5 与传统方法相比，该新型电铸工艺在磁场均匀性与生产重复性方面有何改进？

主要发现

• 电铸空心线圈实现了高尺寸精度与均匀厚度，从而实现了精确的磁场控制。
• 实测磁场梯度与计算机仿真估算结果高度一致，验证了设计的正确性。
• 磁场质量，包括多极分量，均符合DTL系统束流动力学的性能要求。
• 磁体成功集成到DTL漂移管结构中，未出现机械干涉或磁场畸变。
• 周期性反向电铸工艺在制造高性能、高可靠性空心线圈方面表现有效，适用于加速器应用。
• 四极磁体的整体性能与设计目标一致，支持其在JAERI/KEK高强度质子加速器设施中的应用。