强流直线感应加速器束流智能调谐系统设计

 介绍了正在研究设计的调谐强流电子束束心轨迹的计算机智能系统。根据目前正在设计建造的 “神龙一号”加速器束流输运环境，为抑制束心螺旋运动，适应束输运磁场元件无散热装置，调谐过程中应尽量减少实验次数，智能调谐方法主要采用数值模拟和计算机克隆调谐和人工调谐相结合。以束心轨迹的数值模拟为基础，对束心位置调谐过程中的核心部分二极场调谐磁元件的调谐特性曲线进行了数值模拟，并与实验获得的调谐特性曲线进行了比较。获得了数值模拟和实验的初步结果。     

强流电子束束心横向运动调谐技术研究

 介绍了为抑制“神龙一号”加速器束流束心螺旋运动而开展的强流电子束束心轨迹的调谐技术研究和实验结果。通过束质心轨迹校正调谐,使“神龙一号”输出束流脉冲50 ns平顶部分螺旋模的振幅由大于4 mm减小到小于1 mm。同时介绍了调谐原理和方法,相关的数值模拟结果与实验结果的比较以及正在进行中的计算机智能调谐研究。     

DNB引出束流功率及剖面分布测量

 利用束流截止板热量计原理,测量了诊断中性束(DNB)注入托卡马克的束流功率及束流剖面分布。基于热量截止板上正交分布的13只K型热电偶探针测量出DNB引出束流,在加速极电源49 kV,6 A,100 ms的脉冲放电时,采样铜靶上的最高温升为14 ℃,从而计算出注入束流功率达到160 kW并得到束剖面分布。同时通过对热量截止板冷却循环水温升测量值在时间上的积分数值计算,也获得了注入束流总功率,为130 kW。分析了两种测量结果存在差异的原因,实验结果表明惯性束截止板热量计方法是测量粒子束流功率及剖面分布的有效手段。     

BPM测量束流纵向发射度与Twiss参数

在C-ADS直线加速器样机中,为了描述束流相空间分布,需要精确测量束流在RFQ出口处的参数。束流横向信息已通过发射度重构测量获得,束流光学也得到了验证。采用了一种用BPM的SUM信号测量束流纵向参数的方法。在实验中,调节两台聚束器的聚束腔压并记录其下游BPM上的SUM信号。通过粒子群算法和TraceWin模拟相结合的方法,得到了考虑空间电荷效应的测量结果。测得的发射度与Toutatis中的模拟值相近。     

负氢潘宁型离子源的束流引出测量

在中国工程物理研究院流体物理研究所自行研制的负氢潘宁型离子源上进行负氢束流引出测量实验,采用单电极、双电极、三电极束流引出测量方法进行初步束流引出测量,束流强度的实验测量结果远远高于空间限制流的理论计算值。因此,提出一种电屏蔽盒的直流束流引出测量方法。阐述了电屏蔽盒直流束流引出测量的基本方法、束流轨迹的CST数值模拟以及束流引出测量实验结果。研究表明:引出电压为2 kV,引出间隙为3 mm,磁感应强度为0.435 T时,得到较为精确的负氢束流引出强度约100 A。通过空间电荷限制流的V3/2定律进行拟合,推算得到引出电压为40 kV时,负氢束流强度约达到4 mA。     

BPM测量束流纵向发射度与Twiss参数（英文）

在C-ADS直线加速器样机中,为了描述束流相空间分布,需要精确测量束流在RFQ出口处的参数。束流横向信息已通过发射度重构测量获得,束流光学也得到了验证。采用了一种用BPM的SUM信号测量束流纵向参数的方法。在实验中,调节两台聚束器的聚束腔压并记录其下游BPM上的SUM信号。通过粒子群算法和Trace Win模拟相结合的方法,得到了考虑空间电荷效应的测量结果。测得的发射度与Toutatis中的模拟值相近。     

直线感应加速器中束流负载对加速腔压波形的影响

在神龙二号直线感应加速器的调试中,虽然电容探头和电阻分压器测到的空载加速腔电压波形基本一致,但是带束流负载时两者的波形有明显差异,针对此实验现象开展了研究。仔细模拟了束流波形和电压波形相对时间差异引起的波形差异,得到束流提前、同步和滞后条件下的腔压波形,确认相对时间差是导致波形差异的一个重要原因。建立了加速腔的分布参数电路模型,模拟结果表明束流负载效应到达两种探头的时间不同,这会导致腔压波形的不同;由于电容探头距离加速间隙更近,所以电容探头测到的波形更接近束流实际得到的加速波形。后续的调试实验获得了没有加速电压时束流产生的负载效应波形,证明束流负载到达两个探头的时刻确实不同,对加速器出口束流能谱的测量结果也表明束流的能谱分布和电容探头波形的叠加结果基本符合,上述结果表明该研究所用的模拟和分析方法是有效的,可以用于加速器的调试和性能优化。     

强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计

 针对一台用于加速器驱动洁净核能源系统研究、高占空比的强流质子加速器,开展强流质子直线加速器束晕产生的研究工作,其中的束流剖面分布特别是束晕部分测量的束流诊断系统是研究工作的核心内容。束晕的产生在低能量段尤其重要,且对整个直线加速器的设计有重要影响。介绍了研究束晕增长的束流输运线和测量系统的布局设计,并根据所研究的加速器束流的情况进行束流剖面探测器和束晕测量的设计和预研,包括丝靶材料的模拟计算和选择、机械驱动的控制系统设计和研究、前端模拟电路的设计和仿真模拟、以及整个系统与EPICS和VxWorks的计算机控制接口等。     

双束等离子体尾波加速中的束流相对能散预测

针对空泡机制中的双束等离子体尾波电子加速设计,给出了能够快速得到被加速束流在最大加速距离下的相对能散的预测公式。通过加速初始时刻束流纵向分布以及束流所处位置的纵向尾波场可得到束流最终相对能散。该预测公式不仅可应用于驱动束流与被加速束流初始能量相同的情况,还可应用于两个束流初始能量不相同的情况。由该预测公式得到的束流相对能散与被加速束流和驱动束流的初始能量的比值有关,而与两个束流初始能量的数值无关。利用准静态近似的粒子网格模拟程序QuickPIC对理论进行了模拟验证,模拟结果与理论预期结果一致。     

高功率离子束在漂移管中的中性化传输

介绍了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束在漂移管中的传输实验。对比了采用中性化措施前后的传输情况，分析了中性化措施对离子束束斑半径、束流均匀性的影响。根据实测的二极管电压模拟得到了传输一定距离后的束流波形，与实测结果符合较好。采取适当的中性化措施后，高功率离子束可以有效传输80 cm以上，束流发散得到抑制，束流均匀性得到改善。     

强脉冲离子束横截面分布的测量

强脉冲离子束在靶上的横截面能量密度分布和束流焦点位置是束流分析和辐照效应研究中重要的技术参数.利用红外成像诊断技术,可以以较高的空间分辨率和能量密度分辨率对束流的横截面分布进行测量,并可以实现对束流焦点的测量和束流传输特性的分析.通过该实验,可以使学生掌握强脉冲加速器诊断的基本技能,加深对加速器原理及脉冲束流分布和传输特性的认识.     

高功率离子束在漂移管中的中性化传输

 介绍了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束在漂移管中的传输实验。对比了采用中性化措施前后的传输情况，分析了中性化措施对离子束束斑半径、束流均匀性的影响。根据实测的二极管电压模拟得到了传输一定距离后的束流波形，与实测结果符合较好。采取适当的中性化措施后，高功率离子束可以有效传输80 cm以上，束流发散得到抑制，束流均匀性得到改善。     

质子治疗装置的束流扩展研究

对扩展质子束流的双环双散射体方法进行了探讨, 研究了它的束流分布函数与束利用率和束分布均匀性的关系, 以及照射野形成距离的改变和束偏离对束流分布的影响. 计算了散射体的厚度与照射野的关系, 并提出了用液体散射体代替固体散射体的可能性.     

HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟

强流重离子加速器HIAF-BRing在加速完成后进行束团合并，为研究BRing中的束流负载效应对束团合并的影响，对238U35+束流进行了粒子跟踪模拟。模拟结果显示，在束团合并过程中，束流负载效应引起束团长度和束团中心位置的振荡，导致束流动量分散和束团长度的增长。束团合并过程中尾场电压以及不同束团间尾场的耦合导致的势阱畸变，是引起束团长度和束团中心振荡及束流发射度增长的原因。为了降低束流负载效应的影响，采用多谐波前馈系统进行补偿，达到了补偿束团合并过程中的束流负载效应的目的，从而确保了BRing中引出束流的品质，同时根据模拟结果确定了前馈系统需要覆盖的频率范围和需要补偿的最大尾场电压。     

非层流无碰撞模型计算LIA焦斑尺寸

 在束流轨迹方程基础上，建立了非层流无碰撞数值模拟模型，并在模型中考虑了束流空间电荷效应、发射度、能散、束心Corkscrew运动、束流横截面分布不均匀等诸多因素，编制数值模拟程序对强流相对论电子束经过磁透镜的轨迹进行了计算。计算结果表明：子束流层数一定时，焦斑直径波动在0.03 mm范围内；随子束流划分层数的不同，计算所得焦斑直径的最大不确定度为±0.05 mm，而焦距几乎不变化，其波动在0.08 cm范围内；随子束流划分层数的增加，焦斑直径计算结果是收敛的，最终收敛值约为1.03 mm。实验得到的焦距为23.2 mm，焦斑直径1.3 mm，实验结果表明焦距绝对误差在3.5 cm范围内，焦斑直径绝对误差在0.4 mm范围内。     

1.2MeV电子加速器束流聚焦性能的研究

用二维全电磁PIC方法模拟了1.2MeV电子加速器束流聚焦过程,分析了计算结果. 特别研究了电子枪结构、阳极结构和极间电压分布等初始条件的影响, 得到了一些有价值的物理规律.     

强流束在二极磁场中传输的模拟计算

为了研究空间电荷力对束流在二极磁场中传输的影响,从理论上用矩阵法分析非强流脉冲束流与强流脉冲束流在二极磁场中的传输矩阵,编写了束流在二极磁场等元件中传输的计算程序。用Powell优化方法计算非强流束传输实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解。在不同束流流强条件下,运用该程序与其他程序进行了模拟计算,并对模拟结果进行了比较分析。模拟结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷效应越强。     

周期聚焦磁场中束晕-混沌的实Morlet小波函数控制

 基于束晕-混沌的非线性控制策略,对周期性聚焦磁场中初始分布满足K-V分布的粒子束进行模拟研究,提出了控制其束晕-混沌的实Morlet小波函数控制器,并给出具体的实施方案。数值模拟研究表明,在适当的参数条件下,运用这种方法不仅可以消除束晕及其再生现象,达到对束晕-混沌的有效控制,而且可以控制束流到均匀分布。     

S波段相对论速调管放大器输入腔的3维分析与模拟

 利用3维软件设计了适用于S波段相对论速调管放大器的单重入输入腔,该腔体采用了偏心设计,以便减小耦合孔处的不均匀场对腔间隙场的影响,分析了腔体耦合孔尺寸对腔间隙场均匀性的影响;建立了带输入波导结构的3维输入腔开放腔模型,并应用此模型,采用3维PIC程序模拟了注入微波功率、束直流对输入腔间隙后束流调制的影响。研究结果表明：耦合孔尺寸对腔间隙电场均匀性影响较大,当耦合孔离轴越近时,腔间隙场越不均匀;在结构参数和束参数固定的条件下,基波电流调制深度随着间隙电压的增加而增加,但达到最大基波调制电流的漂移距离几乎不变;在结构参数和注入微波参数固定的条件下,束直流越大,达到最大基波调制电流所需的漂移距离越短。研究结果为腔体的设计和输入腔束流调制实验提供了参考依据。     

测量强光一号负载电压的电容分压器

以“强光一号”加速器为例,给出了一种可以对其阴阳极间负载电压进行直接测量的自积分式电容分压器。介绍了自积分式电容分压器的结构,并通过静电场模拟分析了该分压器结构并不会对阴阳极间隙电场造成明显影响,在此基础上利用方波电压源对其进行了响应实验从而获得其频率响应,并对电容分压器的分压比进行了在线标定,最终给出了利用该自积分式电容分压器测量短路状态时阴阳极间隙电压测量结果。