| त्वरक चुंबक प्रौद्यौगिकी प्रभाग |
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इंडस त्वरक के लिए चुम्बकों का हालिया विकास:
(i) इंडस -2 की बीम-कक्षा की तेज फीडबेक प्रणाली के लिए फास्ट करेक्टर चुम्बकों (FCM) का विकास:
इंडस-2 में सिंक्रोट्रॉन उपयोगकर्ताओं को वैज्ञानिक प्रयोगों के लिए स्थिर फोटॉन बीम की आवश्यकता होती है जिसमें बीम स्थिति की स्थिरता की विशिष्ट आवश्यकता इलेक्ट्रॉन बीम के r.m.s आकार का 10% होती है। इस स्थिरता की आवश्यकता DC से 100 Hz तक सीमा में बीम की कक्षा में गड़बड़ी के सुधार की मांग करती है। इसलिए अल्पकालिक गड़बड़ी (कम आवृत्ति से उच्च आवृत्ति 100 Hz तक) के सुधार के लिए उच्च बैंडविड्थ वाले कुल 40 संयुक्त फ़ंक्शन करेक्टर चुम्बक विकसित किए गए हैं। इन तीव्र करेक्टर चुम्बकों में ±15 A DC पर ≥ 50 µrad की किक-शक्ति है। इंडस-2 के फास्ट ऑर्बिट फीडबैक सिस्टम के लिए चुम्बकों का विवरण नीचे दिया गया है।
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चित्र 89: इंडस-2 के बीम की कक्षा में सुधार के
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चित्र 90: इंडस -2 रिंग में सीमित स्थान पर SS बेलो पर स्थापित फास्ट करेक्टर चुंबक
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चित्र 91: विद्युत धारा के साथ फास्ट करेक्टर चुंबक की
इंटीग्रल फील्ड स्ट्रेंथ (DC)
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चित्र 92: विद्युत धारा के साथ फास्ट करेक्टर चुंबक की कोणीय किक ताकत (DC)
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प्रारंभिक तेज कक्षा की स्थानीय सुधार परिणाम उत्साहजनक हैं जो इंडस-2 में ऊर्ध्वाधर में 3 मिमी तक बीम की कक्षा भिन्नता को सही करते हैं।
ii) इंडस -2 के लिए संयुक्त फंक्शन हार्मोनिक सेक्स्टुपोल चुंबकों का विकास:
मौजूदा क्रोमैटिक सिक्सटुपोल चुंबक द्वारा प्रेरित गैर-रैखिकता को दबाकर, डायनामिक एपर्चर में सुधार करने के लिए हार्मोनिक सेक्स्टुपोल (HS) चुंबक की आवश्यकता है। इंडस-2 में जगह की कमी के कारण, क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर द्विध्रुवीय और skew क्वाड्रूपोल घटकों को उत्पन्न करने के लिए अतिरिक्त वाइंडिंग के साथ 32 कॉम्पैक्ट संयुक्त फ़ंक्शन हार्मोनिक सेक्स्टुपोल चुंबक डिजाइन और विकसित किए गए। इन चुंबको में एकीकृत चुंबकीय क्षेत्र हार्मोनिक सेक्स्टुपोल के लिए 17 T/m और skew क्वाड्रूपोल घटकों के लिए 0.1 T है। और बंद कक्षा बीम सुधार के लिए क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर स्टीयरिंग के लिए 1.6 mrad किक देने की क्षमता है।
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चित्र 93: हार्मोनिक सेक्स्टुपोल मैग्नेट में सेक्स्टुपोल, skew
क्वाड्रूपोल, क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर चुंबकीय क्षेत्रों के कॉइल
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चित्र 94: घूमते हुए कॉइल पर चुंबक का लक्षण वर्णन हार्मोनिक बेंच
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चित्र 95: चुंबक की एकीकृत सेक्स्टुपोल ताकत w.r.t विद्युत धारा
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चित्र 96: 170.15A विद्युत धारा पर केवल सेक्स्टुपोल उत्तेजना के लिए r = 32 मिमी पर एकीकृत गुणक
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चुंबक में मापी गयी प्रत्येक चुंबकीय क्षेत्र घटक की एकीकृत शक्ति
| Field component
| Current (A)
| Integrated strength at r=32mm |
| Sextupole
| 170.15
| 17.58 T/m |
| Skew QP
| -10.0
| 0.1036 T |
| Horizontal Steering
| -9.872
| -1.44E-02T-m (1.72 m rad at 2.5 GeV) |
| Vertical Steering
| -10.0
| 1.39E-02 T-m, (1.668 m rad at 2.5 GeV) |
iii) इंडस - 2 के लिए ऊर्ध्वाधर पिंजर चुंबक:
पिंजर चुंबक एक बीम नैदानिक उपकरण है जो इलेक्ट्रॉन पुंज में दोलन उत्पन्न करके उसके रैखिक और अरैखिक गतिकी की जांच करता है। एक ऊर्ध्वाधर पिंजर चुंबक की डिजाइन और विकास किया गया तथा उसके चुंबकीय क्षेत्र के मापन के बाद दिसंबर 2019 में उसे इंडस-2 के SS -7 में स्थापित किया गया ( चित्र 97)। इस चुंबक की ज्यामिति खिड़की जैसी है। इसमें एकल फेरे वाली तांबे की कुंडली लगी है तथा उच्च आवृत्ति Ni-Zn फेराइट से बना कोर है। 6.5 kA शिखर मान वाली स्पंदित धारा देने पर यह चुम्बक 650 गॉस के शिखर मान वाला तथा 960 ns की चौड़ाई वाला अर्ध-साइन आकार का चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, जो इलेक्ट्रॉन बीम को ऊर्ध्वाधर दिशा में 2 mrad से विक्षेपित करने में सक्षम है।
चित्र 97: इंडस-2 में स्थापित ऊर्ध्वाधर पिंजर चुंबक (बाएं) और ध्रुव अंतराल में मापी गई चुंबकीय क्षेत्र एकरूपता (दाहिने)।
iv) 2.5 मीटर लंबे प्रोटोटाइप प्लैनर स्थायी चुम्बक अनडुलेटर का विकास:
iv) पूर्व-प्रोटोटाइप प्लैनर स्थायी चुम्बक अनडुलेटर का विकास:
एक 56 मिमी पिरियड वाला लगभग 500 मिमी लंबाई का पूर्व-प्रोटोटाइप प्लैनर स्थायी चुम्बक अनडुलेटर विकसित किया गया है। एनडीएफईबी के उच्च चुम्बकिय क्षेत्र वाले स्थायी चुम्बक ब्लॉकों को अनडुलेटर के दो क्षैतिज जबड़ों पर विधिवत् लगाया गया है, जो चित्र 100 में दिखाया गया है। असेम्बली करने के बाद इस अनडुलेटर के चुंबकीय क्षेत्र का मापन किया गया। माप के परिणाम डिजाइन विनिर्देशों को पूरा करते हैं।
चित्र 98: पूर्व-प्रोटोटाइप प्लैनर स्थायी चुम्बक अनडुलेटर
v) 2.5 मीटर लंबे प्रोटोटाइप प्लैनर स्थायी चुम्बक अनडुलेटर का विकास:
2.5 मीटर लंबे प्रोटोटाइप स्थायी चुंबक प्लैनर अनडुलेटर के विकास का कार्य अन्तिम अवस्था में है। इस अनडुलेटर की यांत्रिक सपोर्ट संरचना में दो क्षैतिज जबड़े हैं जिन पर स्थायी चुम्बक ब्लॉक असेम्बल किए जाएंगे। इसके जबड़ों को उर्ध्वाधर दिशा में अत्यधिक यथार्थता के साथ खिसकाकर इनके बीच के अवकाश को 5 मिमी से लेकर 200 मिमी तक कितना भी नियत किया जा सकता है ताकि आवश्यक चुम्बकीय क्षेत्र प्राप्त किया जा सके। इसके लिए इसमें एक सटीक गैप-ड्राइव-प्रणाली लगाया गया है। गैप-ड्राइव प्रणाली में सर्वो मोटर, लीनियर गाइड, एनकोडर, लिमिट स्विच, संबद्ध नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स आदि शामिल हैं। इस अनडुलेटर को चित्र 101 में दिखाया गया है।
चित्र 99: 2.5 मीटर लम्बे प्रोटोटाइप स्थायी चुम्बक प्लैनर अनडुलेटर की यांत्रिक सपोर्ट संरचना
vi) इंडस - 2 के लिए क्षैतिज पिंजर चुंबक:
पिंजर चुंबक (क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर) बीम-नैदानिक उपकरण हैं जो कण त्वरक की बीम गतिकी के विभिन्न प्राचलों को मापने के काम आते हैं। एक क्षैतिज पिंजर चुंबक का डिजाइन और विकास किया गया। इसके चुंबकीय क्षेत्र के मापन और अभिलक्षणन के बाद दिसंबर 2021 में इसे इंडस-2 के LS-4 में स्थापित किया गया है (चित्र 100) । इस चुंबक का चुंबकीय क्षेत्र 1μs से कम चौड़ाई वाला आधा साइनसोइडल स्पंद है। चुंबक का अधिकतम क्षेत्र समाकल ( ʃ B.dl) 130 गॉस-मीटर है। इसको 2.7 kA शिखर मान वाली स्पंदित धारा देने पर यह बीम को क्षैतिज दिशा में 1.5 mrad विक्षेपित करेगा। ध्रुव की चौड़ाई और ऊंचाई की दिशा में स्पंदित चुंबकीय क्षेत्र की एकरूपता 2 x 10-3 से बेहतर है।
चित्र 100: इंडस-2 में स्थापित क्षैतिज पिंजर चुंबक
vii) इंडस-1 के उन्नयन के लिए संयुक्त फ़ंक्शन षटध्रुवी चुम्बकों का विकास:
मौजूदा 450 MeV इंडस-1 स्टोरेज रिंग के निष्पादन (performance) को बेहतर बनाने के लिए आठ संयुक्त फ़ंक्शन चुम्बकों की आवश्यकता है जिनमें सेक्स्टूपोल मुख्य घटक है । जगह की कमी को ध्यान में रखते हुए संहत (कॉम्पैक्ट) चुम्बकों को डिज़ाइन किया गया है । इनमें बीम की कक्षा के नियंत्रण के लिए सहायक वाइंडिंग भी लगायी गयीं हैं जो विषमतालीय चतुर्ध्रुवी (skew quadrupole) चुम्बकीय क्षेत्र व क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर द्विध्रुवी चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करती हैं । विषमतालीय चतुर्ध्रुवी चुम्बकीय क्षेत्र, बीम के अनुप्रस्थ तलों के बीच युग्मन को कम करता है । इन संयुक्त फ़ंक्शन चुम्बकों में 8.5 T/m की एकीकृत षटध्रुवी क्षेत्र शक्ति और 0.1 T की skew quadrupole क्षेत्र शक्ति है। इसके अलावा 2 mrad की क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर स्टीयरिंग विस्थापन की सामर्थ्य है । इन चुम्बकों का द्वारक (aperture) त्रिज्या 50 मिमी और लंबाई 130 मिमी है । सभी आठ चुम्बक सफलतापूर्वक विकसित कर लिए गए हैं। इन चुम्बकों के क्रोड (कोर) नरम लोहे की प्लेटों से बनाए गए हैं और इनकी कुण्डलियाँ तांबे के चालकों से निर्मित हैं । घूर्णन कुंडली माप प्रणाली का उपयोग करके इन चुम्बकों का चुंबकीय मापन किया गया हैं । विभिन्न क्षेत्र घटकों की मापी गई एकीकृत शक्ति और चुम्बकों की उनकी संयुक्त क्षेत्र गुणवत्ता डिजाइन की गई क्षेत्र गुणवत्ता आवश्यकताओं के अनुरूप है।
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चित्र 101: संयुक्त फंक्शन चुम्बक सेक्स्टुपोल, skew quadrupole, क्षैतिज और लम्बवत फील्ड
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चित्र 102: रोटेटिंग कोइल बेंच पर चुम्बक का मापन
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चित्र 103: Excitation current के सापेक्ष एकीकृत सेक्स्टुपोल शक्ति
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चित्र 104: केवल सेक्स्टुपोल उत्तजित 100 ampere के लिए त्रिज्या = 40 मिमी पर एकीकृत मल्टीपोल
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संयुक्त current excite करने पर मापी गयी प्रत्येक चुम्बक घटकों की एकीकृत स्चुम्बक
| Field component | Current (A) | Integrated strength at r=40 mm |
| Sextupole | 110 | 9.5 T/m |
| Skew QP | 10 | 0.133 T |
| Horizontal Steering | 10.5 | 3.1x10-3 T-m (> 2 mrad at 450 MeV) |
| Vertical Steering | 9.913 | 3.83x 10-3 T-m (> 2 mrad at 450 MeV) |
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(viii) स्थायी चुंबक तरंगक (अनडुलेटर) का विकास
तरंगक एक ऐसी चुंबकीय संरचना है जिसमे इलेक्ट्रॉन पुंज एक ज्यावक्रीय (sinusoidal) पथ का अनुसरण करती है। स्थायी चुंबक (पीएम) तरंगक का उपयोग सिंक्रोट्रॉन मशीनों से निकलने वाली फोटॉन बीम की द्युति (brightness) को द्विध्रुव चुंबक से प्राप्त विकिरण की तुलना में सैकड़ों या हजारों गुना अधिक करने के लिये की जाती है।
26 मिमी अवधि (period) तथा 500 मिमी लंबाई वाले प्रोटोटाइप प्लेनर स्थायी चुंबक (पीपीएम) तरंगक का स्वदेशी रूप से डिजाइन, निर्माण और चुंबकीय मापन किया गया है। इस तरंगक के लिये 2.5 मीटर लंबी यांत्रिक समर्थन संरचना तथा इसके जबड़ों की परिशुद्ध गति के लिये मेकेनिज्म का निर्माण किया गया है । इसके दोनों जबड़ों पर 6.5 मिमी मोटे NdFeB के स्थायी चुम्बक ब्लॉक का उपयोग करके 500 मिमी लंबे अनडुलेटर की असेंबली की गयी है। दोनों जबड़ों के बीच के अवकाश (गैप) को शुद्धतापूर्वक बढ़ाने-घटाने के लिये लगाये गये ड्राइव प्रणाली में सर्वो मोटर्स, लीनियर गाइड, एनकोडर, लिमिट स्विच, संबंधित नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स आदि शामिल हैं जिसकी सहायता से दोनों ध्रुवों के बीच की दूरी को 15 मिमी से 200 मिमी तक शुद्धतापूर्वक परिवर्तित किया जा सकता है। यह प्रोटोटाइप तरंगक चित्र 105 में दिखाया गया है। 25 से 60 मिमी तक विभिन्न ध्रुव अंतरालों पर चुंबकीय क्षेत्र प्रोफ़ाइल को मापा गया है जो आवश्यक क्षेत्र गुणवत्ता को पूरा करता है (चित्र 106)।
चित्र 105: प्रोटोटाइप तरंगक
चित्र 106: ध्रुव अंतरालों पर चुंबकीय क्षेत्र प्रोफ़ाइल
(ix) एल्यूमीनियम पट्टी का उपयोग करके परिनालिका चुम्बक का विकास
राजा रामना प्रगत प्रौद्योगिकी केन्द्र में विकसित किये जा रहे विभिन्न रैखिक त्वरकों में कम ऊर्जा से उच्च ऊर्जा की ओर त्वरित होने पर इलेक्ट्रॉन पुंज को फोकस करने के लिए सोलनॉइड चुम्बकों की आवश्यकता होती है। अब से पहले चुम्बक जल से ठण्डा किये जाने वाले आयातित ऑक्सीजन-मुक्त खोखले तांबे के चालकों से बनाए गये थे। लेकिन ताँबे के बने इन चुम्बकों की परिचालन लागत उनकी उच्च विद्युत-शक्ति अपव्यय के कारण ज्यादा होती है। हाल ही में, त्वरक चुम्बक प्रौद्योगिकी प्रभाग ने एनोडाइज की गयी एल्यूमीनियम की चौड़ी पतली पट्टियों का उपयोग करके कम बिजली खर्च करने और लागत वाले प्रभावी सोलनॉइड को डिजाइन और विकसित किया है। इन सोलनॉइड चुम्बकों का चुंबकीय मापन हॉल सेंसर का उपयोग करके किया गया है। ये एल्यूमीनियम सोलनॉइड्स डिज़ाइन किए गए चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं और रा०रा०प्र०प्रौ०के० में विकसित किये जा रहे रैखिक त्वरकों में इलेक्ट्रॉन पुंज को फोकस करने के लिए उपयुक्त हैं। चित्र 107 में इन एल्यूमीनियम पट्टी का उपयोग करके विकसित इन सोलनॉइड चुम्बकों का छायाचित्र दिखाया गया है जबकि चित्र 108, 109, 110 में इनके चुंबकीय क्षेत्र के माप के परिणाम दिखाये गये हैं।
चित्र 107 एल्यूमीनियम पट्टी का उपयोग करके विकसित सोलनॉइड चुम्बकों का छायाचित्र
चित्र 108: धारा के साथ सोलनॉइड का केंद्रीय
चित्र 109: विभिन्न धाराओं पर सोलनॉइड के मापे गए
चित्र 110: विभिन्न धाराओं के लिए लंबाई के साथ सोलनॉइड के केंद्रीय अक्ष पर त्रुटि फ़ील्ड Bx (बाएं) और By (दाएं) की फ़ील्ड प्रोफ़ाइल
