NS-200加速器束流脉冲化技术

结合NS-200加速器的结构特点，对束流脉冲化技术进行了研究。主要研制了束流脉冲化系统装置、高频电源系统、建立了控制系统和脉冲测量系统。通过安装和调试，获得了半宽度3．5ms的聚束脉冲，实现了纳秒脉冲运行方式。     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ束测系统（英）

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ,包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔,注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要,注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量,以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。     

四、加速器科学与技术

2003年BEPC运行克服了“非典”等因素的影响取得了圆满的成功。全年运行机时达7494小时，其中2713．9小时供高能物理实验，1626．1小时供同步辐射光，注入时间为999小时，机器研究时间为692．8小时，开机恢复调试时间为980．3小时，故障时间为372．82小时，如表4．1-1与图4．1-1所示。与去年相比，运行时间大大增加。     

超级质子-质子对撞机中束流热屏的热-结构耦合模拟分析

束流热屏(beam screen)是新一代高能粒子对撞机中的重要部件,用于将束流在管道中运行时产生的热量转移到冷却系统中,同时通过束流热屏上的排气孔将残余气体输送至冷管壁上,维持良好的真空度.然而,在转移热负载的过程中,温度变化产生的形变会影响束流热屏的结构稳定性.如何在保证束流热屏良好传热性能的情况下,尽量减小形变是优化束流热屏结构设计的关键问题之一.本文采用ANSYS软件对束流热屏模型的传热性能和力学性能进行了模拟,并优化了束流热屏结构设计,增强其传热性能和结构稳定性.对于束流热屏外屏的内表面,采用减小铜涂层厚度的方式来降低运行过程中产生的洛伦兹力.相关理论模型计算结果表明:与厚度为100μm的铜涂层工况相比,当铜涂层的厚度在0到100μm之间变化时,厚度为75μm的铜涂层可以使束流热屏外屏的最大形变降低70.9%,同时使束流热屏的最高温度升高1.1%.对于束流热屏内屏,采用间隔布置支撑肋片的设计方案对束流热屏的结构进行加固处理,提高束流热屏整体的结构稳定性.计算结果表明:与未加支撑肋片的工况相比,当相邻两个支撑肋片之间的间隔为1个排气孔时,束流热屏内屏的最大形变可降低86.8%,同时使束流热屏的最高温度降低7.69%.研究成果为新一代高能粒子加速器真空系统中关键部件束流热屏的设计提供重要的理论参考.     

曙光一号自由电子激光器束调节研究

简单介绍了曙光一号自由电子激光器实验布局．着重就束调节方案进行了数值模拟和实验研究，给出了束流调试结果,并进行了分析；当进入摇摆器的束流为950A，摇摆器磁场为0.31T，在摇摆器长度为2．4m的位置,获得了50MW的饱和功率，经变参数实验后输出功率提高到140MW．     

用于重离子治癌回旋引出的实时流强测量系统北大核心CSCD

为满足重离子治癌加速器装置(HIMM)回旋加速器引出段束流流强的测量需求,设计了新的束流流强测量系统,该系统利用积分电流变换器(ICT)及锁相放大器等配套电子学,能够实现束流流强的非拦截实时测量。文中首先分析了中能束线(MEBT)束流流强的测量需求,并对设计方案进行了实验室系统分析和在线束流强测量。实验室结果表明,锁相放大器的幅度和相位响应一致性满足测量需求。由于ICT对束流流强的测量是相对测量,先使用法拉第筒对ICT进行在线标定;标定前先对法拉第筒(FC)(20μA档位)和ICT系统的流强分辨在线测量,分别为6.45 nA和5.163 nA。由于束流抖动的影响,测量的束流的稳定性约90 nA,其对应的相对测量误差约8%,ICT系统响应时间小于1 ms。测量结果表明,该系统满足物理测量需求。回旋加速器高频系统参数变化引起ICT标定系数变化的工作将在进一步工作中展开。     

中国散裂中子源快循环同步加速器壁电流探测系统

在中国散裂中子源工程中, 快循环同步加速器负责将剥离注入的能量为80MeV的质子束加速至1.6GeV后引出。在快循环同步加速器上共安装了两台壁电流探测器, 用来观测束流从注入至引出过程中束团在时域上的变化情况。详细介绍了壁电流探测器在陶瓷间隙、磁性材料和匹配电阻等方面的设计考虑, 以达到带宽满足百kHz到30 MHz的设计目标, 并对实际带束流测量结果进行分析讨论。经实际在线运行测试, 此壁电流探测器完全满足束流调试及运行需要。     

用钮扣电极测量强流直线感应加速器束流位置

 介绍了钮扣电极测量强脉冲束流位置的基本原理，以及针对钮扣电极所设计的一套模拟实验标定装置；着重介绍了钮扣电极测量束流位置的实验过程，以及在实验中所遇到的问题和对实验平台所做的改进。实验表明钮扣电极对束流位置的测量精度达到亚mm量级，对于束位置偏心测量的相对误差范围在10％以内。     

直线加速器超导段故障补偿的人工智能算法研究

强流直线加速器的长时间稳定运行是该领域的难点和前沿课题之一。以加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)的加速器为例,利用TraceWin软件模拟的虚拟加速器数据,提出了基于人工智能算法的超导腔失效的分段故障补偿方法。当有腔体故障时,故障腔的相邻器件将用于重新匹配束流包络,而所有下游腔均可用于补偿束流能量。与传统的优化方法相比,该方法可实现低能耗的超导腔段的故障补偿,具有计算速度快、普适性强等优点,为实际应用器件故障补偿提供了新的可行性。     

基于反磁回路的非拦截式束流探头分析和改进

基于反磁回路线圈提出了一种新型在线束流半径诊断结构，该结构可以实现束流的磁场信息和电场信息同时测量并分离，通过分析可以得到束流包络均方根半径和束流的流强信息。着重介绍探头的结构、拓扑电路和模拟实验平台组成，分析探头电场信息的一致性问题，提出改进措施，对改进前后的测量结果进行比较，说明了改进结构的有效性，将电场信号的一致性由原来的94.08%提高到99.60%，模拟束流杆半径测量误差在1 mm以内。     

升级的合肥光源闭轨测量系统及其应用

 描述了合肥同步辐射光源二期工程中，电子储存环升级的闭轨测量系统及其在设备研制中的应用。介绍了性能稳定可靠的Bergoz束流位置监测电子学信号处理器。升级后的闭轨测量系统中处理电子学电路的束流位置分辨率可达1μm，系统误差小于10μm。整个测试系统的分辨率小于3μm。利用该高精度闭轨测量系统和基于束流准直系统完成了束流准直四极铁磁中心的测量，并和控制系统完成了储存环全环闭轨反馈校正试验。一个完整的束流位置监测系统已投入了在线运行，保障了为用户提供高稳定高品质的光源。     

NFZ-10工业辐照电子直线加速器

研制的电子直线加速器ＮＦＺ－１０的辐照加工能力相当于３０ＰＢｑ的６０Ｃｏ源，电子束能量为４～１２ＭｅＶ，平均束功率为３ｋＷ，扫描宽度为１ｍ，能量不稳定度≤±０．５％，束流不稳定度≤±０．６％，扫描不均匀度≤±２．５％。ＮＦＺ－１０加速器已被用于辐照各种电力半导体器件，一年多来运行稳定可靠并获得较好的经济效益。     

用于浅层肿瘤重离子治疗的终端束流诊断控制系统

 设计了中国科学院近代物理研究所利用兰州重离子研究装置（HIRFL）进行浅层肿瘤临床治疗试验研究中所使用的束流诊断安全控制系统。该系统包括束流强度监测及保护、剂量测量、扫描波形监测及保护3个部分。系统基于PXI系统及LabVIEW软件,给出了该系统的各部分结构。从系统建立时的多次测试结果以及实际临床治疗试验研究时的长期运行结果来看,该束流诊断控制系统在控制辐照剂量以及安全保护方面能够满足当前重离子加速器浅层肿瘤临床治疗试验的基本要求,为试验研究的顺利进行提供了可靠的保证。     

一种用于C-ADS低能束流传输线束流强度控制的新型可调限束光阑

为了实现超导直线加速器束流强度的连续可调,并满足加速器在线稳定可靠运行,针对我国加速器驱动次临界系统(C-ADS)低能束流传输线(LEBT)的束流强度调控,提出了一种新型的可调限束光阑。可调限束光阑采用两个相对旋转的镜像对称转芯,转芯的孔径在某一范围内可以实现连续变化,以刮除不需要的外部粒子,提高束流品质,降低束损,最重要的是可实现束流强度的在线连续可调,并满足圆形束的要求。仿真和试验结果表明,在0~10 mA范围内,可以有效地卡掉不需要的外部粒子束流,并实现束流强度的在线连续调节。该装置为质子直线加速器提供了一种方便的束流调试方法,能够满足ADS直线加速器稳定可靠的在线运行。     

基于4MV静电加速器的高温辐照装置研制及离子辐照初步实验北大核心CSCD

为了模拟钍基熔盐堆(TMSR)材料的中子辐照损伤,基于中国科学院上海应用物理研究所(SINAP)的4 MV静电加速器,研制了一台专用的离子束辐照装置。装置主要由束流传输线和高温、高真空靶室组成。束流传输线装有用于束流磁场扫描和束流监测的设备。装置可提供H^+,He^+,Ar^+等束流用于离子束辐照,束流最高能量4 Me V,最大流强2μA。辐照温度范围为液氮温度至950℃。辐照面积最大为30 mm×30mm。装在靶室的由旋转铝片构成的变能器对束流能量进行调制,可以在样品中得到均匀的辐照损伤。初步的实验结果表明,装置适用于高温合金及其他熔盐堆材料的辐照损伤研究。     

电阻环法模拟测量电子束流的大小和位置

本文介绍了通过测量束流在输运管壁上形成的感应电流，来确定直线感应加速器束流大小、位置的一种方法。实验证明，这种测量方法不会影响电子束在管道中的传输，且测量精度高，装置简单，并可装在真空系统的外面，便于维修。     

强流相对论电子束的数值模拟

我们研制了CEBQ程序和ENVLOP程序，模拟稳态相对论电子束在二极管区的产生和加速，以及电子束在阳极通道内的传输过程。CEBQ程序模拟二极管区电子轨道，当阳极电压为1．5MV时，阴极总发射电流为17．9kA，进入阳极通道内的传输电流为4．3kA，阳极入口处D=4cm的束发射度为24．9cm．mrad。ENVLOP程序使用线性近似下的包络方程，描述电子束包络在螺旋管引导磁场作用下的变化，讨论了外加引导磁场对包络的影响。计算结果表明，在合适引导磁场作用下，束包络起伏较小，进入阳极通道的束流(4．3kA)能全部通过。     

冷却存储环虚拟加速器的数据交互系统

 介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL CSR）为重离子治癌而改造的控制系统中的数据交互系统,数据交互系统是CSR虚拟加速器的核心。该系统能实现对256个能量级的束流控制,为以后深层重离子治癌做好准备。系统主要采用Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制及束流在不同能量级间的切换控制。该系统已经运行于冷却存储环主环（CSRm）的束流慢引出调试中,性能稳定,能满足物理人员的要求。     

DG型电子加速器自校正扫描系统的研制

为了提高DG型电子加速器束流扫描均匀度、解决束流中心偏移、提升束流引出效率,开发了一种既可实现X,Y两相互垂直方向均匀扫描又可以实现束流中心自动对中调节的扫描系统。介绍了扫描磁铁及其电源参数的选取依据,阐述了将扫描磁铁和束流校正线圈进行整体式设计的扫描系统扫描电流成形方式及自动对中电路信号调制过程,包括为提高加速器运行安全性而设计的连锁保护信号。产业化现场使用事实已证明,该系统设计完全达到了设计要求,具有优良的扫描均匀度和长时间工作稳定可靠性。     

“神龙一号”电子束时间分辨能谱测量新方案

介绍了"神龙一号"直线感应加速器电子束时间分辨能谱测量新方案——用螺线管磁场旋转束流法测量其出口电子束能谱,阐述了旋转束流法基本原理及测量方案设计,并且讨论了测量误差。此方案所测能谱为时间分辨离散型束流能谱,其误差与所测离散束流能谱相关。通过测量"神龙一号"加速器末端的电子束流在螺线管磁场中的旋转角度及角度展宽,从而得到脉冲电子束流能谱。