Розробка конструкції магнітоактивної частини дипольних електромагнітів системи вертикального зведення-розведення пучків

Автор(и)

  • Андрій Володимирович Гетьман Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-2849-3575

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.228655

Ключові слова:

дипольний електромагніт, надпровідна обмотка, пучок частинок, коефіцієнт гармоніки магнітного поля

Анотація

Наведено результати розрахунку магнітних параметрів прямого дипольного магніту системи вертикального зведення-розведення пучків частинок верхнього і нижнього кілець колайдера важких іонів. Отримано оптимізований варіант конструкції ярма і надпровідної обмотки, який забезпечує задане значення однорідного магнітного поля всередині апертури при мінімізованих вкладах середньо-інтегральних по довжині коефіцієнтів гармонік старших ступенів. Наведено результати аналізу поперечних проекцій магнітної індукції, отриманих за допомогою 2D моделювання двох варіантів конструкції центрального поперечного перерізу дипольного електромагніту. В результаті аналізу встановлено залежність стабільності магнітних властивостей в апертурі електромагніту при зміні струму в обмотці від об'єму областей ярма, які мають значення намагніченості близьке до насичення. Створена 3D модель магнітоактивної частини для двох варіантів конструкції електромагніту і розраховані значення середньо-інтегральних гармонік поперечних проекцій магнітної індукції в апертурі. Емпірично встановлено взаємозв'язок між третьою середньо-інтегральною гармонікою магнітної індукції і габаритними довжинами ярма і обмотки, що дозволяє коригувати неоднорідність поперечного магнітного поля в апертурі електромагніту. Наведено результати оптимізації конструкції магнітоактивної частини електромагніту за критерієм мінімуму значень середньо-інтегральних коефіцієнтів магнітної індукції, проведеної на основі корекції початкових геометричних параметрів ярма і обмотки. Наведено поліпшення стабільності магнітних параметрів в 3 рази і зменшення в 2 рази вкладу в неоднорідність третьої середньо-інтегральної гармоніки при застосуванні в конструкції електромагніту дворядного укладання витків обмотки всередині ярма

Біографія автора

Андрій Володимирович Гетьман, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра «Теоретичні основи електротехніки»

Посилання

  1. Russenschuck, S. (2011). Differential Geometry Applied to Coil‐End Design. Field Computation for Accelerator Magnets: Analytical and Numerical Methods for Electromagnetic Design and Optimization. Wiley, 609–636. doi: https://doi.org/10.1002/9783527635467.ch19
  2. De Matteis, E., Russenschuck, S., Arpaia, P. (2016). Magnetic field mapper based on rotating coils. CERN-THESIS-2016-147. Available at: https://cds.cern.ch/record/2229576/files/CERN-THESIS-2016-147.pdf
  3. Erdelyi, B., Berz, M., Lindemann, M. (2015). Differential Algebra Based Magnetic Field Computations and Accurate Fringe Field Maps. Vestnik SPbGU, 4, 36–55. Available at: https://www.researchgate.net/publication/293654228_Differential_Algebra_Based_Magnetic_Field_Computations_and_Accurate_Fringe_Field_Maps
  4. Getman, A. (2018). Cylindrical harmonic analysis of the magnetic field in the aperture of the superconducting winding of an electromagnet. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (91)), 4–9. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.123607
  5. Tereshonkov, Yu. V., Andrianov, S. N., Jakšić, M., Pastuović, Ž., Tadić, T. (2011). Mathematical modeling of ion microprobes with fringe fields effects. Vestnik S.-Petersburg Univ., 1 (10), 60–75. Available at: http://www.mathnet.ru/links/1d38526c78f98926a424359457b90960/vspui20.pdf
  6. Schnizer, P., Fischer, E., Schnizer, B. (2014). Cylindrical circular and elliptical, toroidal circular and elliptical multipoles fields, potentials and their measurement for accelerator magnets. arXiv.org. Available at: https://arxiv.org/pdf/1410.8090.pdf
  7. Mierau, A. (2013). Numerische und experimentelle Untersuchungen gekoppelter elektromagnetischer und thermischer Felder in supraleitenden Beschleunigermagneten. Darmstadt. Available at: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3311
  8. Trubnikov, G., Sidorin, A., Shurkhno, N. (2014). NICA cooling program. Cybernetics and Physics, 3 (3), 137–146. Available at: http://lib.physcon.ru/file?id=991262ea43a7
  9. Khodzhibagiyan, H. G., Agapov, N. N., Akishin, P. G., Blinov, N. A., Borisov, V. V., Bychkov, A. V. et. al. (2014). Superconducting Magnets for the NICA Accelerator Collider Complex. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24 (3), 1–4. doi: https://doi.org/10.1109/tasc.2013.2285119
  10. Getman, A. (2018). Development of the technique for improving the structure of a magnetic field in the aperture of a quadrupole electromagnet with a superconducting winding. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (95)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142163
  11. Technical Project of the Object "NICA Complex" (2018). Available at: https://nica.jinr.ru/documents/TDR_spec_Fin0_for_site_eng.pdf
  12. Wolff, S. (1992). Superconducting accelerator magnet design. AIP Conference Proceedings, 249. doi: https://doi.org/10.1063/1.41989

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Гетьман, А. В. (2021). Розробка конструкції магнітоактивної частини дипольних електромагнітів системи вертикального зведення-розведення пучків. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5 (110), 14–22. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.228655

Номер

Том 2 № 5 (110) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Андрей Владимирович Гетьман

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.