| त्वरक चुंबक प्रौद्यौगिकी प्रभाग |
|
इंडस त्वरक के लिए विकसित चुम्बक
चित्र-21: इंडस त्वरक कॉम्प्लेक्स बूस्टर सिंक्रोट्रॉन, इंडस -1 और इंडस -2
बूस्टर सिंक्रोट्रॉन, इंडस -1 और इंडस -2 स्टोरेज रिंग और ट्रांसफर लाइन (टीएल -1, टीएल -2 और टीएल -3) के लिए आवश्यक सभी चुम्बकों को स्वदेशी तौर पर AMTD द्वारा डिजाइन और विकसित किया गया है। इन चुम्बकों का विवरण नीचे दिखाया गया है।
| S. No. |
TYPE OF MAGNETS |
STRENGTH
(B, g/k, Θ) |
QUANTITY (Numbers) |
| I |
TRANSFER LINE (TL – 1) MAGNETS |
| a) |
Quadrupole magnets |
2.5 m -2 |
06 |
|
b) |
150 Bending magnet |
0.075 T |
01 |
| c) |
Corrector dipole magnets |
± 5 to ± 10 mrad |
08 |
| II |
550 MeV BOOSTER SYNCHROTRON |
| a)
| Injection Septum magnet
| 0.22 T, 150
| 01 |
| b)
| Injection Kicker magnets
| 0.045 T, 20 mrad
| 03 |
| c)
| 600 Bending magnets
| 1.3 T
| 06 |
| d)
| Quadrupole magnets
| 8 T/m
| 12 |
| e)
| Corrector dipole magnets
| ± 2 mrad
| 06 |
| f)
| Extraction Septum magnet
| 0.877 T, 160
| 01 |
| g)
| Extraction Kicker magnet
| 0.08 T, 12 mrad
| 01 |
| III |
TRANSFER LINE (TL – 2) MAGNETS |
| a)
| Bending magnets
| 1.17 T / 0.75 T
| 02
|
| b)
| Quadrupole magnets
| 6 m -2
| 08
|
| c)
| Steering magnets
| ± 5 mrad
| 15
|
बूस्टर सिंक्रोट्रॉन, इंडस -1 और इंडस -2 स्टोरेज रिंग और ट्रांसफर लाइन (टीएल -1, टीएल -2 और टीएल -3) के लिए आवश्यक सभी चुम्बकों को स्वदेशी तौर पर AMTD द्वारा डिजाइन और विकसित किया गया है। इन चुम्बकों का विवरण नीचे दिखाया गया है।
चित्र-22: माइक्रोट्रॉन के साथ-साथ दिखाई देने वाले ट्रांसफर लाइन (TL–1) चुंबक
चित्र-23: 550 MeV बूस्टर सिंक्रोट्रॉन मुख्य द्विध्रुवीय, क्वाड्रुपोल चुंबक और ट्रांसफर लाइन -2
की शुरुआत
इंडस -1 चुम्बकों का विवरण
| S. No. | TYPE OF MAGNETS | STRENGTH (B, g / k, Θ) | QUANTITY (Numbers) |
|---|
| IV | 450 MeV INDUS – 1 STORAGE RING MAGNETS |
|---|
| a) | Injection Septum magnet | 0.8377 T, 18. 30 | 01 |
| b) | Injection Kicker magnet | 0.08 T, 3 – 16 mrad | 01 |
| c) | 90o Bending magnets | 1.5 T | 04 |
| d) | Quadrupole magnets | 6 m -2 / 13.5 m -2 | 16 |
| e) | Sextupole magnets | 4 m -2 (k.l) | 08 |
चित्र-24: 450 MeV इंडस-1 स्टोरेज रिंग में मुख्य द्विध्रुवीय और क्वाड्रुपोल चुंबक
ट्रांसफर लाइन -3 और इंडस-2 चुम्बकों का विवरण
|
S. No.
|
TYPE OF MAGNETS
|
STRENGTH
(B, g / k, q)
|
QUANTITY
(Numbers)
|
|
V
|
TRANSFER LINE (TL –3) MAGNETS
|
|
a)
|
Quadrupole magnets
|
8 T/m
|
18
|
|
b)
|
Bending magnets
|
0.65 T
|
03
|
|
c)
|
Corrector dipole magnets
|
5 mrad
|
24
|
|
VI
|
2.5 GeV INDUS – 2 MAGNETS
|
|
a)
|
Thin Septum magnet
|
0.5 T, 20 & 30
|
01
|
|
b)
|
Thick Septum magnet
|
0.9 T, 190
|
01
|
|
c)
|
Kicker magnets
|
0.22 T, 25 mrad
|
04
|
|
d)
|
22.50 Bending magnets
|
1.5 T
|
16
|
|
e)
|
Quadrupole magnets
|
16 T/m
|
72
|
|
f)
|
Sextupole magnets
|
400 T/m2
|
32
|
|
g)
|
Corrector dipole magnets
|
1.3 mrad / 1.5 mrad
|
56
|
चित्र-25: ट्रांसफर लाइन-3 में मुख्य द्विध्रुवीय और क्वाड्रुपोल चुंबक
चित्र-26: 2.5 GeV इंडस-2 में मुख्य द्विध्रुवीय और क्वाड्रुपोल चुंबक
(i) 2.5 GeV इंडस -2 स्टोरेज रिंग के लिए विकसित चुम्बकों का विवरण:
द्विध्रुवीय चुंबक: 16 द्विध्रुवीय चुंबक विकसित किए गए हैं और इंडस -2 में स्थापित किए गए हैं।
चित्र-27: इंडस -2 द्विध्रुवीय चुंबक (Wt। ~ 10 MT) सहारा / स्थिति प्रणाली के साथ
चित्र 28: इंडस -2 द्विध्रुवीय चुंबक क्रॉस-सेक्शन
चित्र 29: इंडस -2 द्विध्रुवीय चुंबक की मापी गई फ़ील्ड गुणवत्ता
क्वाड्रुपोल चुंबक: पांच प्रकार (Q1, Q2, Q3, Q4 & Q5) के कुल 72 क्वाड्रूपोल चुंबक विकसित किए गए हैं और इंडस -2 स्थापित किए गए हैं।
इंडस -2 क्वाड्रूपोल चुंबक के पैरामीटर
चित्र 30: इंडस-2 के क्लोज-टाइप क्वाड्रुपोल (Q1) चुंबक (L) और ओपन-टाइप क्वाड्रुपोल (Q3 और Q4) चुंबक (R)
चित्र-31: इंडस-2 क्वाड्रूपोल चुंबक (Wt। ~ 0.8 MT) सहारा / स्थिति प्रणाली के साथ
चित्र-32: Q2 प्रकार के इंडस-2 क्वाड्रूपोल चुंबक के मापे हुए उच्च क्रम हार्मोनिक्स
सेक्स्टुपोल चुंबक: कुल 32 Sextupole चुंबक विकसित और इंडस-2 में स्थापित किए गए हैं।
इंडस -2 सेक्स्टुपोल चुंबक के पैरामीटर
चित्र-33: इंडस -2 सेक्स्टुपोल चुंबक
चित्र-34: इंडस -2 सेक्स्टुपोल चुंबक (Wt। ~ 0.6 MT) सहारा / स्थिति प्रणाली के साथ।
चित्र-35: इंडस-2 सेक्स्टुपोल चुंबक के मापे हुए उच्च क्रम हार्मोनिक्स
(ii) 700 MeV बूस्टर सिंक्रोट्रॉन के लिए विकसित उन्नत चुम्बकों का विवरण:
बूस्टर सिंक्रोट्रॉन के मौजूदा चुम्बकों को वर्ष 1990 में बनाया गया था और तब से ये चुंबक 550 MeV तक इलेक्ट्रॉन बीम ऊर्जा के त्वरण के लिए संतोषजनक रूप से काम कर रहे हैं। चुम्बकों की चिपकी स्तरिकाओं (लैमिनेशन्स) के बीच की बॉन्डिंग समय की अवधि में कमजोर हो जाती है, जो 700 MeV पर इसके संचालन को रोकता है। अतः 700 MeV ऊर्जा पर सिंक्रोट्रॉन को चलाने के लिए नए चुम्बकों का उन्नत निर्माण तकनीकों और चुंबकीय क्षेत्र की गुणवत्ता के साथ विकास किया गया है। इसके अलावा, एक ही एपर्चर में आवश्यक सेक्स्टुपोल (एसपी) चुंबक शक्ति उत्पन्न करने के लिए उन्नत क्वाड्रूपोल चुम्बकों का सहायक कॉइल के साथ विकास किया गया है। इन चुम्बकों का विवरण नीचे दिया गया है:
बूस्टर सिंक्रोट्रॉन के लिए विकसित उन्नत चुम्बकों के पैरामीटर
|
Parameter
|
Dipole Magnet
|
Quadrupole Magnet
|
|
Field Strength / Gradient
|
0.037T @ 20 MeV
1.3 T@ 700 MeV
|
0.268 T/m @ 20 MeV
9.32T/m@ 700 MeV.
SP magnet gradient: 17.41 T/m2 at NI/coil of 644 AT.
|
|
Total Amp-turns
|
60,000
|
40,000
|
|
Pole gap/Aperture
|
52 mm at the centre
|
50 mm (Aperture radius)
|
|
Good field region
|
±40mm(horizontal)
±17 mm (vertical)
|
± 40 mm radius
|
|
Field uniformity
|
±0.05 %
|
±0.05 %
|
|
Effective length
|
1.88705 m
|
250 mm
|
|
Quantity in numbers
|
6
|
12
|
चित्र-36: उन्नत बूस्टर द्विध्रुवीय चुंबक (L) (Wt। ~ 8 MT) और क्वाड्रूपोल चुंबक उनके सहारा / स्थिति प्रणाली के साथ के साथ।
चित्र-37: नई बूस्टर सिंक्रोट्रॉन रिंग उन्नत मुख्य द्विध्रुवीय चुंबक और क्वाड्रूपोल चुंबक के साथ उनके सहारा / स्थिति प्रणाली के साथ।
चित्र 38: उन्नत द्विध्रुवीय चुंबक की मापी गई फ़ील्ड गुणवत्ता
चित्र-39: उन्नत क्वाड्रूपोल चुंबक के मापे हुए उच्च क्रम हार्मोनिक्स
• नए 30 MeV बूस्टर लाइनैक के लिए बीम ट्रांसफर लाइन चुम्बकों का विकास: नए 20-30 MeV इंजेक्टर लाइनैक को बूस्टर सिंक्रोट्रॉन से जोड़ने के लिए बीम ट्रांसफर लाइन चुम्बकों (द्विध्रुवीय, चतुर्ध्रुवी, स्वतंत्र और संयुक्त फंक्शन स्टीयरिंग चुंबक) का एक सेट डिजाइन और विकसित किया गया है। इन चुम्बकों का विवरण नीचे दिया गया है:
नए 30 MeV बूस्टर इंजेक्टर लाइनैक के लिए बीम ट्रांसफर लाइन चुम्बकों के पैरामीटर:
|
Parameter
|
Dipole magnets
|
Quadrupole magnets
|
Combined function steering magnets
|
|
(QP-80)
|
(QP-100)
|
|
Pole gap/Aperture
|
50 mm
|
80 mm Dia.
|
100 mm Dia.
|
94 mm
|
|
Peak field/Gradient
|
0.17 T
|
2.5 T/m
|
1 T/m
|
60 Gauss
|
|
NI/Pole in AT (Max.)
|
2640
|
960
|
3500
|
400
|
|
Bending angle
|
17°
|
--
|
--
|
± 6 mrad
|
|
Overall length
|
479 mm
|
236 mm
|
246 mm
|
100 mm
|
|
Quantity
|
1 No.
|
2 Nos.
|
4 Nos.
|
5 Nos.
|
चित्र 40: द्विध्रुवीय चुंबक और इसकी मापी गई चुंबकीय क्षेत्र एकरूपता
चित्र 41: क्वाड्रूपोल चुंबक (L) QP-100 और (R) QP-80
चित्र 42: QP-100 में मापा हुआ एकीकृत उच्च क्रम हार्मोनिक्स
चित्र 43: संयुक्त फंक्शन स्टीयरिंग चुंबक
चित्र 44: स्टीयरिंग चुंबक का चुंबकीय क्षेत्र
• स्पंदित चुम्बकों, एफसीटी और हाइब्रिड चुम्बकों का विकास:
(i) इंडस त्वरक के लिए उन्नत सेप्टम और किकर चुंबक:
उन्नत सेप्टम चुंबक को 700 MeV बूस्टर सिंक्रोट्रॉन, इंडस -1 और इंडस -2 स्टोरेज रिंग के लिए बेहतर इंजेक्शन और इलेक्ट्रॉन बीम के निष्कर्षण के लिए विकसित किया गया है। इन चुम्बकों के लिए चुंबक कोर को ठीक से कटे हुए 0.1 मिमी मोटे Ni-Fe लेमिनेशन से विकसित किया गया है और कुंडली को ऑक्सीजन मुक्त तांबे के प्लेटों से तैयार किया गया और फिर उच्च वोल्टेज इन्सुलेशन प्रदान करने के लिए एल्यूमिना लेपित किया गया। उन्नत चुंबक में एकरूपता (ΔB/B) <5x10-4 है और stray चुंबकीय क्षेत्र < 2 G-m है।
चित्र 45: सेप्टम चुंबक कोर असेंबली 0.1 mm मोटी Ni-Fe लेमिनेशन (L) और एल्यूमिना कोटेड कॉपर कॉइल (R)
चित्र 46: MeV बूस्टर सिंक्रोट्रॉन के लिए उन्नत इंजेक्शन (L) और निष्कर्षण सेप्टम चुंबक (R) का परीक्षण
चित्र 47: सेप्टम चुंबक में बीम पथ के साथ स्पंदित चुंबकीय क्षेत्र एकरूपता
(ii) इंडस -2 स्टोरेज रिंग के लिए उन्नत इंजेक्शन सेप्टम चुंबक:
चित्र 48: इंडस -2 के लिए उन्नत मोटी सेप्टम चुंबक का परीक्षण
चित्र 49: इंडस -2 के लिए नया पतला सेप्टम चुंबक और निर्वात कक्ष में इसकी असेंबली
(iii) बूस्टर सिंक्रोट्रॉन के लिए उन्नत इंजेक्शन किकर मैग्नेट:
बूस्टर के लिए उन्नत इंजेक्शन किकर मैग्नेट (03 नग) को 20 MeV और 30 MeV इलेक्ट्रॉन बीम को बूस्टर सिन्क्रोट्रॉन में इंजेक्ट करने के लिए विकसित किया गया है। यह 5µs का साइनसोइडल वृद्धि एवं 0.9µs रैखिक पतन वाला एक स्पंदित चुंबकीय क्षेत्र पैदा करता है। किकर के चुंबक कोर को फेराइट ब्लॉक और तांबे की कॉइल का उपयोग करके बनाया गया है।
चित्र 50 : उन्नत बूस्टर इंजेक्शन किकर चुम्बक
चित्र 51: इंजेक्शन किकर चुंबक, तांबे की कॉइल के साथ फेराइट कोर
(iv) प्रोटोटाइप ट्रांसमिशन लाइन किकर चुंबक:
बूस्टर सिंक्रोट्रॉन से सभी तीन इलेक्ट्रॉन गुच्छों को निकालने के लिए एक प्रोटोटाइप ट्रांसमिशन लाइन टाइप फास्ट किकर चुंबक विकसित किया गया है। इस किकर चुंबक में 25 ओम की अभिलक्षणिक प्रतिबाधा है। इस किकर चुंबक संरचना को कम प्रेरण की बहु-फेराइट सेलों में विभाजित किया गया है। चुंबक का परीक्षण 7 kV और 1.4 kA के पल्सर के साथ किया गया है जिसका 45 ns का उत्थान काल (राइज टाइम ) और 80 ns का फ्लैट टॉप है। परीक्षण से प्राप्त परिणाम हैं: (i) चुंबकीय क्षेत्र का उत्थान काल : 53 ns (ii) फ्लैट टॉप रिपल: 8% (iii) प्रत्येक मॉड्यूल के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र का प्रसार समय: 8 ns
चित्र 52: प्रोटोटाइप ट्रांसमिशन लाइन टाइप फास्ट किकर चुंबक और उसका परीक्षण
(v). इंडस -2 के लिए कम युग्मन प्रतिबाधा किकर चुम्बक:
युग्मक प्रतिबाधा को कम करने के लिए किकर मैग्नेट को अपग्रेड किया गया है। तांबे के तार (0.5 मिमी व्यास) को समायोजित करके चुंबक के ऊपर और नीचे फेराइट योक में लूप किया गया है, जो मुख्य विक्षेपकारी चुंबकीय क्षेत्र की गुणवत्ता को प्रभावित किए बिना बीम को ‘सेकेंडरी शॉर्ट’ प्रदान करता हैं। दो किकर मैग्नेट को सफलतापूर्वक विकसित किया गया है। अनुदैर्ध्य युग्मन प्रतिबाधा का मापा वास्तविक और काल्पनिक भाग क्रमशः 0.5Ω से कम और 300 MHz तक 20Ω है।
चित्र 53: इंडस -2 के लिए कम युग्मन प्रतिबाधा किकर चुम्बक
(vi). 505.8 MHz फेराइट सर्कुलेटर की बायसिंग के लिए ट्यून करने योग्य हाइब्रिड चुंबक:
इंडस-2 के 505.8 MHz फेराइट सर्कुलेटर की बायसिंग के लिए एक हाइब्रिड चुंबक विकसित किया गया है। इसके चुंबकीय परिपथ में स्ट्रोंटियम फेराइट की स्थायी चुंबक डिस्क, पोल पीस, कुंडली और चुंबकीय योक शामिल हैं। चुम्बक योक और पोल के टुकड़ों को नरम लोहे की प्लेटों से निर्मित किया गया है और चुम्बक में 85 मिमी का पोल गैप है। चुंबक पोल एपर्चर में 1000 G से 1500 G चुंबकीय क्षेत्र को उत्पन्न करने के लिए, प्रत्येक पोल पर एक उत्तेजना कुंडली के साथ दो स्ट्रोंटियम फेराइट स्थायी चुंबक डिस्क (227 मिमी व्यास x 25 मिमी मोटी) का उपयोग किया गया है।
चित्र 54: इंडस-2 के 505.8 MHz फेराइट सर्कुलेटर के लिए ट्यून करने योग्य हाइब्रिड चुंबक
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