等效电路模型在漂移管直线加速器场稳定性调制中的应用

漂移管直线加速器(DTL)通过采用杆耦合器加速结构,实现加速电场的稳定性。为了分析电场稳定性的调制机理,简要说明DTL的腔体结构,并对其进行集总参数的等效模拟,给出等效电路分布。最后着重对耦合杆与漂移管之间相互作用的等效电容进行了仿真研究。针对上述电路分布,采用电路理论分析了高频场扰动及稳定性的实现机理。通过将稳定结构下的等效电容求解结果与该电容的模拟仿真值进行比较,得出稳定状态下的耦合杆与漂移管之间间隙取值的合理区间。最后通过对不同调节条件下的扰动电场进行仿真分析,一定程度上验证了结论的正确性。     

直线感应加速器加速间隙对发射度的影响

文中用解析方法计算了直线感应加速器加速间隙对发射度的影响。考虑了存在轴向引导磁场,加速电场,束流分裂以及多个加速间隙的作用。这种解析方法也适用于射频直线加速器的情形。     

电子直线加速器的现状和发展

现代的电子直线加速器是指电子束在微波电场作用下,直线地通过加速结构,能量不断增加的装置.有时又称作电子林耐克(Linac).在电子加速器中它占有十分重要的地位.加速结构通常是一段带圆盘负荷的金属圆波导(见图1,也存在其它加速结构,如后面淡到的边耦合腔结构),利用在其中传播的TM01波纵向电场分量Ez加速电子。加上金属圆盘负荷主要是为了把电磁波传播的相速减到小于或等于光速,以便实现同步加速.本文主要谈谈这类电子直线加速器的现状和发展趋势,并不包括静电加速器、直线电子感应加速器和其它一些低能强流直线加速器.但某些以电子直线加…     

能量回收型直线加速器

 能量回收型直线加速器(EnergyRecoveringLinacs,简称ERL),是一种新型的、发展中的加速器,它具有直线加速器的优质束流性能,具有接近环型加速器的高效率。已在自由电子激光等方面投入应用,并具有多方面的发展和应用前景。一、由来和优势我们知道,高频电子直线加速器是用高频电场加速沿直线轨道运动的电子束的装置。通常,电子束只通过直线加速结构一次,在达到要求的能量后,即离开直线加速器,或直接用于科学实验、医学放疗、材料辐照、自由电子激光驱动等;或注入到环型加速器中继续加速和积累,用于同步辐射光源或高能物理实验等。     

射频漂移管加速器的电聚焦作用

利用透镜近似方法,研究新型质子直线加速结构射频漂移管加速器(RFD)的性质,推导出其运动方程、透镜转换矩阵及稳定加速条件.     

腔耦合漂移管结构等长化腔列设计

质子直线加速器中使用的脏耦合漂移管加速结构,如采用等长化腔列,可以简化加速腔的制造和调试,降低成本.文中引入粒子动力学系数的新定义,探讨了等长化腔耦合漂移管结构设计方法,并给出部分计算结果.     

介质壁加速腔加速结构优化

为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场, 提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张, 提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真, 分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明:添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构, 轴向加速电场强度提高20%, 同时径向电场得到有效抑制;栅网结构下, 被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制;在相同的加速长度下加速H3+粒子, 栅网结构得到的能量增益提高了一倍。     

离子源注入型IH加速腔冷测与调谐

离子源注入型IH加速器有望发展成为一种紧凑型低功耗离子加速器,为有效验证该加速结构的束流俘获效率,中国工程物理研究院流体物理研究所设计了一套将质子束从0.04 MeV加速到2.0 MeV的IH加速腔。目前已经完成了该腔的腔体加工,开展了高频参数冷测及腔体调谐研究。通过漂移管调谐和电感调谐,减小了腔体的频率误差和加速电压分布误差。模拟计算实测电场下腔体的束流俘获效率,由调谐前的16%提高到调谐后的34%。冷测调谐结果表明,该加速腔的各项参数达到设计值,具备进行功率测试和束流测试的条件。     

两种电场结构下离子运动轨迹模拟与实验对比研究

结合最新的离子与分子碰撞模型,编写在Simon 7.0平台下的离子运动模拟程序,实现了在漂移管电场中离子运动轨迹的模拟,开展在两种漂移管电极结构即均匀电场和周期性聚焦电场下离子的运动轨迹模拟与质子转移反应质谱(PTR-MS)实验检测对比研究,得到了常见有机物的可探测灵敏度,发现周期性聚焦电场PTR-MS的性能总体上要比均匀电场PTR-MS好,可探测灵敏度增加了5~9倍,显示了通过对离子运动轨迹的理论模拟在仪器性能优化与改进上的优势,同时该方法具有用于提高其他质谱检测仪器灵敏度的巨大潜力.     

两种电场结构下离子运动轨迹模拟与实验对比研究

结合最新的离子与分子碰撞模型,编写在Simon 7.0平台下的离子运动模拟程序,实现了在漂移管电场中离子运动轨迹的模拟,开展在两种漂移管电极结构即均匀电场和周期性聚焦电场下离子的运动轨迹模拟与质子转移反应质谱(PTR-MS)实验检测对比研究,得到了常见有机物的可探测灵敏度,发现周期性聚焦电场PTR-MS的性能总体上要比均匀电场PTR-MS好,可探测灵敏度增加了5～9倍,显示了通过对离子运动轨迹的理论模拟在仪器性能优化与改进上的优势,同时该方法具有用于提高其他质谱检测仪器灵敏度的巨大潜力.     

中国散裂中子源直线射频功率源系统的研制

中国散裂中子源加速器质子束流加速能量为1.6 GeV,重复频率为25 Hz,撞击固体金属靶产生散射中子,一期工程的打靶束流功率为100 kW。直线加速器的设计束流流强为15 mA,输出能量为81 MeV。射频加速和聚束系统包括一台射频四极场加速器、中能束流传输线的两个聚束器、四节漂移管直线加速器加速腔和直线-环束流传输线的一个散束器,与之相对应,共有8个单元在线运行的射频功率源为其提供所需的射频功率。目前,直线射频功率源系统预研项目已全部完成,各项性能参数均已达到设计指标,当前正处在批产安装调试阶段。151013     

漂移管直线加速器高功率波导窗的物理设计

为了研发中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线加速器(DTL)的功率耦合器,在对常规波导窗结构进行改进的基础上,设计了一种新型高功率波导窗。利用微波仿真软件CST优化了波导窗的高频传输特性,并采用ANSYS分析了波导窗在通功率时的温升及热应力以防止陶瓷片破裂,结果表明,波导窗能传输的最大平均功率达到了800 kW。校核了波导窗抽真空时的机械强度,并对陶瓷窗高频打火进行初步讨论,结果表明,漂移管直线加速器入腔功率为2 MW,小于波导窗的临界输入功率2.355 MW,窗内打火的机率很小。     

一种用于光谱分析的封闭环形电离针

光谱分析中广泛采用高频引燃低压交流电弧,利用高频引燃回路的高频电流耦合到电弧回路,击穿分析间隙。(1) 这也就是平常所说的高频电花引燃。金属电极在激发过程中,由于空气的氧化作用在电极表面复上一层导电性能极差的氧化膜,致使放电不能正常进行,放电点会游移至侧面。所以有人主张在激发前先将金属棒电极进行预氧化处理,以防止上述现象的出现。(2)光源的稳定性很大程度上决定于引燃的稳定性。为了保证激发平稳极易电离导通,在“电弧”工作状态、“低压火花”工作状态或“高频火花”状态,一般都在分析间隙间加装一只直针形的金属电离针,即电极活化针。在分析间隙之间加装一只引发电离针,系利用了电离针的尖端放电作用,增强局部的电场强度,并改变上下电极间的电场分布,使空气中的离子(宇宙线等引起的)在合成电场作     

医用电子直线加速器驻波加速原理

 带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场,将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置。电子直线加速器是利用微波电场加速电子,使其具有直线运动轨道的加速装置。尽管20世纪60年代后期驻波电子直线加速器发展迅速,但其原理并不新颖。早在20世纪40年代中期,不少研究小组在研究行波电子直线加速器的同时,就已利用驻波电场加速电子。电子直线加速器有两种可供选择的工作方式,即行波工作方式和驻波工作方式。     

RFQ的束流动力学设计研究

本文评述了RFQ直线加速器对于加速低β粒子的重要优越性。给出了它的近轴区内高频电场的分布及粒子运动方程。叙述了束流的俘获效率及纵向相空间分布对于RFQ参数及注入能量的依赖关系。给出了750keV质子RFQ加速器的动力学设计研究。     

双脉冲电子直线感应加速器实验研究

 Mini-LIA为MHz重复频率双脉冲电子直线感应加速器,由双脉冲功率系统、热阴极电子枪注入器及金属玻璃磁芯感应加速腔等组成。在此平台的实验获得了数百ns间隔（即MHz重复频率）的双脉冲高压,每个脉冲幅值达到80 kV,脉冲半高全宽为80 ns;在感应腔加速间隙处测得双脉冲加速电场;在加速器出口处测量得到流强约1.1 A的双脉冲电子束流。实验结果表明：利用硅堆隔离汇流装置可实现MHz重复频率的双脉冲高压,金属玻璃磁芯感应加速腔和六硼化镧热阴极电子枪均适合MHz重复频率双脉冲工作方式。     

SSC直线注入器RFQ腔体多物理场分析

SSC-LINAC是为兰州重离子研究装置（HIRFL）设计的直线注入器,它将U34+离子加速到1 MeV/u注入到分离扇回旋加速器（SSC）中,为冷却储存环（CSR）提供10 MeV/u的U34+。该注入器可以将SSC引出的重离子流强提高一个量级以上。SSC-LINAC由一个RFQ（Radio Frequency Quadrupole）加速器和4个DTL（drift tube linac）组成,设计频率为53.667 MHz。RFQ工作在连续波模式,设计功率30 kW,如果不能有效地冷却,高频电流在电极表面产生的热量会使RFQ的腔壁和电极发生形变,从而导致腔体频率的漂移以及加速和聚焦电场的改变。因此,为了保证连续波工作的RFQ加速器稳定运行,对水冷模式和通道设计提出了很高的要求。作者用有限元软件ANSYS对RFQ进行高频电磁场、温度场、结构应力的耦合分析,验证了冷却方案设计的可行性和可靠性。Heavy Ion Research Facility at Lanzhou(HIRFL) consists of SFC, SSC, CSRm and CSRe. A new linac injector, which will increase U34+ to 1 MeV/u, is designed for SSC to increase the beam intensity to ten times higher. The new injector, whose frequency is 53.667 MHz, is composed by a RFQ (Radio Frequency Quadrupole) cavity and four DTL(Drift Tube Linac) cavities. The RFQ cavity, whose RF power is 30 kW, is operated at CW(continuous wave) mode. The heat produced by HF (high frequency) electromagnetic will cause deformation of RFQ structure, lead to the resonant frequency shift, and reduce the focusing efficiency of the cavity. An efficient cooling system is necessary to ensure that the RFQ cavity can stably be operated at the nominal frequency. A detailed multi-physics field coupling analysis of RFQ has been finished with 3D finite elements software ANSYS. The result of the analysis shows that the water cooling system can cool the RFQ cavity fully and keep the frequency drift be in a acceptable level.     

CIAE重离子加速器物理研究平台

中国原子能科学研究院正在规划中的重离子加速器物理研究平台的基本方案是在 现有的HI-13串列加速器的后端新建一台能量增益为18MeV/q的重离子超导直线加速器.超导直线加速器包括: 36个铜铌溅射型四分之一波长(QWR)谐振腔; 9个恒温柜, 及一系列等时性消色散束流传输系统. 同时配套建设一条与现有的HI-13串列加速器相并列的重离子四杆型射频四极加速器——RFQ和交叉手指型漂移管直线加速器IH-DTL接受来自ISOL的正离子束,然后直接注入到超导直线加速器.     

10MeV加速腔轴上平均电场的调整

本文叙述北京质子直线加速器(简称BPL)的10MeV加速腔轴上平均电场的调整, 并将调整结果与国外一些加速器进行了比较. 在10MeV腔的整流传输效率试验中已证明, 腔的场分布调整结果相当令人满意.     

BTF加速器物理设计

北京X射线自由电子激光试验装置(BTF)将“寄生”在BEPCⅡ直线注入器这一国内能量最高, 性能最好的电子直线加速器上.BTF将弃用现有直流枪予注入器, 采用光注入器(photoinjector)经低能输运线斜注入到BEPCⅡ直线加速器主加速器, 同时拆掉三节加速管以安装两级磁压缩器, 并在A46后拆掉二节加速管引出束流, 经高能输运线后进入波荡器.模拟结果表明改造后的直线加速器BTF电子能量可达1.18GeV、能散0.15%、归一化发射度小于2.5mm.mrad.