用于产生高品质磁场的磁铁极面优化新方法

摘要

电磁铁是加速器的重要组成部分之一，加速器常用的电磁铁有二极磁铁、四极磁铁、六极磁铁和八极磁。有时也用到组合型磁铁，例如二四极组合型磁铁、四六极组合型磁铁、六四极组合型磁铁等。设计高质量的电磁铁始终是加速器设计中的一项重要的工作。
　　 本文主要采用优化磁铁极面法来设计常用的各种类型磁铁，优化磁铁极面方法是通过极面方程，采用程序来寻找最优化的极面形状，使磁铁的高次谐波场尽量小，从而设计出高质量的磁铁，避免了在实际制造磁铁时候，用垫补的方法来减小直接截断带来的高次谐波场。
　　 论文中采用极面优化的方法设计了二极磁铁、四极磁铁和六极磁铁单一功能的磁铁，获得了高质量的目标磁场，与传统的方法相比，高次谐波场很小。为了满足合肥先进光源（HALS）物理设计所需要的组合型磁铁要求，采用同样的方法设计了组合型磁铁，分别设计了二四极组合型磁铁、四六极组合型磁铁、六四极组合型磁铁，达到设计目标，获得了高质量的目标磁场。
　　 论文的主要工作是编制了优化磁铁极面的程序，通过程序自动寻找最优化的极面，然后根据优化好的极面，设计模型磁铁，用泊松程序对其磁场进行计算，并对磁场进行多项式分析，根据分析结果判断磁场质量的优劣。论文工作证明极面优化方法是一个可行的方法，是设计组合型电磁铁的很好选择之一。

目录

文摘

英文文摘

声明

绪论

第一章 加速器常规电磁铁简介

1.1二极铁

1.2四极磁铁

1.3六极铁

1.4八极磁铁

第2章 组合磁铁介绍

2.1二四极组合型磁铁

2.2四六极组合型磁铁

2.3六二极组合型磁铁

第3章 加速器磁铁设计的电磁场理论

3.1麦克斯韦方程组

3.2直角坐标系下拉普拉斯方程的解

3.2.1二极磁铁的磁标势方程

3.2.2四极磁铁的磁标势方程

3.2.3六极磁铁的磁标势方程

3.2.4八极磁铁的磁标势方程

3.2.5 2n极磁铁的磁标势方程

3.3组合磁铁的磁标势方程

3.3.1二四极组合磁铁磁标势方程

3.3.2四六极组合磁铁磁标势方程

3.4极坐标下的多极矩磁标势方程

3.4.1二极磁铁磁标势方程

3.4.2四极磁铁的磁标势方程

3.4.3六极磁铁的磁标势方程

3.4.4八极磁铁的磁标势方程

3.4.5 2n极磁铁的磁标势方程

3.5组合磁铁磁标势方程

3.5.1二四极组合磁铁磁标势

3.5.2对于四六极组合磁铁

第4章 常规磁铁程序化设计

4.1二极磁铁设计

4.2四极磁铁设计

4.3六极磁铁设计

第5章 极面优化法设计组合磁铁

5.1极坐标下的多极矩方程

5.2二四极组合磁铁的设计

5.2.1原理

5.2.2设计数据

5.3四六极组合磁铁的设计

5.4六四极组合磁铁的设计

5.5组合极而法设计组合磁铁小结

5.5.1常规磁铁设计

5.5.2四六极组合磁铁设计

附录

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果