Введение
Группа из четырех магнитов. Четырехполярные магниты, сокращенно Q-магниты, состоят из групп из четырех магнитов, расположенных таким образом, что при планарном многополюсном разложении поля дипольные составляющие компенсируются, и основными значимыми членами в уравнениях поля являются четырехполюсные. Четырехполярные магниты полезны тем, что создают магнитное поле, величина которого быстро возрастает с увеличением радиального расстояния от его продольной оси. Это используется для фокусировки пучков частиц. Самый простой магнитный квадрополь – это два идентичных стержневых магнита, расположенных параллельно друг другу, так, что северный полюс одного находится рядом с южным полюсом другого и наоборот. Такая конфигурация не имеет дипольного момента, и ее поле на больших расстояниях убывает быстрее, чем поле диполя. Более мощная версия, создающая очень слабое внешнее поле, предполагает использование цилиндра Халбаха с k=3. В некоторых конструкциях квадрополей, использующих электромагниты, имеются четыре стальных полюсных наконечника: два противоположных магнитных северных полюса и два противоположных магнитных южных полюса. Сталь намагничивается большим электрическим током в катушках, обмотанных вокруг полюсов. Другая конструкция представляет собой схему катушек Гельмгольца, но с обращенным током в одной из катушек.
Quadrupole magnets, abbreviated as Q magnets, consist of groups of four magnets laid out so that in the planar multipole expansion of the field, the dipole terms cancel and where the lowest significant terms in the field equations are quadrupole. Quadrupole magnets are useful as they create a magnetic field whose magnitude grows rapidly with the radial distance from its longitudinal axis. This is used in particle beam focusing. The simplest magnetic quadrupole is two identical bar magnets parallel to each other such that the north pole of one is next to the south of the other and vice versa. Such a configuration will have no dipole moment, and its field will decrease at large distances faster than that of a dipole. A stronger version with very little external field involves using a k=3 Halbach cylinder. In some designs of quadrupoles using electromagnets, there are four steel pole tips: two opposing magnetic north poles and two opposing magnetic south poles. The steel is magnetized by a large electric current in the coils of tubing wrapped around the poles. Another design is a Helmholtz coil layout but with the current in one of the coils reversed.
Четверопольное идеальное поле
Компоненты идеального магнитного поля в плоскости, поперечной пучку, задаются следующим образом (см. также многополярный магнит). где – градиент поля нормального квадрупольного компонента, а – градиент поля скошенного квадрупольного компонента. Единица СИ для градиентов поля – Тл/м. В нормальном квадруполе магнитные полюса расположены под углом 45 градусов к горизонтальной и вертикальной плоскостям. Знак определяет, фокусирует или дефокусирует квадруполь частицы в горизонтальной плоскости (при фиксированном заряде и направлении частицы).