15——20mA负氢离子源的设计与加工

离子源是强流质子回旋加速器的核心设备之一,它的性能指标对最终束流大小和质量都有重大影响.文章介绍了一种运用于强流质子回旋加速器上的多峰场负氢离子源的设计与加工情况,该离子源主要是通过深入研究高密度等离子体产生技术、长寿命大直流灯丝电子发射技术、磁约束技术、虚拟过虑技术、残留气体与电子剥离的控制技术,以及离子引出技术等,在中国原子能科学研究院原有10mA离子源基础上建立负氢离子源,实验研究低能、强流束的实验匹配与调试技术,将平均引出柬流提高到15-20mA.     

强流回旋加速器综合试验装置的设计与建造

为了试验研究强流回旋加速器的整机设计技术,主磁铁、束流诊断等关键部件的设计与加工工艺技术,以完成lOOMeV回旋的设计验证,并为今后逐步提高流强创造试验条件,自2004年以来,陆续研究、设计、加工了一些关键部件,先后实验研究达到了单项技术指标;目前,已集成为一套强流回旋加速器的综合试验装置.本文报告该试验装置的设计与设备制造情况、磁场测量与垫补结果、10-15mA负氢离子源、高频腔和注入系统实验研究、内靶束流调试等工作.     

强流回旋加速器综合试验装置的设计与建造

为了试验研究强流回旋加速器的整机设计技术, 主磁铁、束流诊断等关键部件的设计与加工工艺技术, 以完成100MeV回旋的设计验证, 并为今后逐步提高流强创造试验条件, 自2004年以来, 陆续研究、设计、加工了一些关键部件, 先后实验研究达到了单项技术指标; 目前, 已集成为一套强流回旋加速器的综合试验装置. 本文报告该试验装置的设计与设备制造情况、磁场测量与垫补结果、10—15mA负氢离子源、高频腔和注入系统实验研究、内靶束流调试等工作.     

100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统和中心区物理设计

100MeV强流质子回旋加速器设计的引出质子束流强为大于200μA, 并计划提供脉冲束流. 轴向注入系统设计有两条注入线, 即1#和2#注入线. 1#注入线利用负氢束的中性化以解决强流连续束流的注入,为保证达到高中性化程度, 横向聚焦均采用磁元件; 2#注入线的设计目的主要是提供一定流强的脉冲化束流,由于脉冲化负氢束的中性化过程难以建立, 因此, 横向聚焦元件均为静电元件. 两条线合理的结构设计使得注入系统可方便切换运行模式. 采用包含空间电荷力的光学计算程序, 匹配不同中性化程度的注入束流光学特性, 匹配工作的重点在于高达40°的高频相位接收度. 从离子源出口到粒子加速前15圈的连续匹配计算结果表明: 所设计的注入系统可有效地控制束流包络, 减少束流损失; 中心区高的高频接收度使设计的100MeV质子回旋加速器具有加速强流负氢束的能力.     

70MHz连续波质子束脉冲化装置

为了进行强流回旋加速器关键技术研究, 中国原子能科学研究院建立了一个强流回旋加速器综合试验装置. 中国原子能研究院将在这个回旋加速器综合试验装置上建立强流脉冲化实验装置, 目标是实现几十至百keV量级的强流束的脉冲化. 具体是将70MHz连续波负氢束脉冲化为重复频率1—8MHz, 脉冲宽度约为10ns的脉冲质子束. 脉冲化装置将主要包括束流切割器和聚束器两大系统. 聚束器采用频率为70.487MHz的双间隙单漂移栅网结构, 可以将直流束压缩到±30°的回旋加速器高频接受相宽之内. 束流切割器将采用频率为2.2MHz的正弦波, 切割后的脉冲宽度将小于8ns, 最后得到的脉冲束的重复频率为4.4MHz.     

70MHz连续波质子束脉冲化装置

为了进行强流回旋加速器关键技术研究,中国原子能科学研究院建立了一个强流回旋加速器综合试验装置.中国原子能研究院将在这个回旋加速器综合试验装置上建立强流脉冲化实验装置,目标是实现几十至百keV量级的强流束的脉冲化.具体是将70MHz连续波负氢束脉冲化为重复频率1-8MHz,脉冲宽度约为10ns的脉冲质子柬.脉冲化装置将主要包括束流切割器和聚束器两大系统.聚束器采用频率为70.487MHz的双间隙单漂移栅网结构,可以将直流束压缩到±30.的回旋加速器高频接受相宽之内.束流切割器将采用频率为2.2MHz的正弦波,切割后的脉冲宽度将小于8ns,最后得到的脉冲束的重复频率为4.4MHz.     

国产首台交变相位聚焦漂移管加速器的冷测与试运行

质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑,上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程,掌握质子放疗关键技术,保证产业链安全可控,注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振（ECR）离子源和四翼型射频四极加速器（RFQ）的技术方案,并在漂移管加速器（DTL）段创新性地采用了交变相位聚焦（APF）结构。在这个过程中,通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想,自主开发了APF DTL的底层物理设计软件,相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作,最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析,认定束流中心能量为6.975 MeV,动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。     

Penning型负氢离子源诊断

 为了给小型医用回旋加速器提供负氢离子,研制了一台Penning型负氢离子源。采用发射光谱法对该负氢离子源进行了诊断,同时结合离子源功率变化对离子源工作状态进行了分析。实验测量了不同氢气流量、离子源弧流及磁场条件下,该离子源等离子体氢原子巴尔末系中前三条谱线的相对光强和离子源功率变化,分析了不同工作条件对离子源工作状态的影响。结果表明：在可调节范围内,该离子源的工作状态主要受氢气流量的影响,对离子源弧流及磁场的变化不敏感。     

CSNS射频负氢离子源控制系统研制

为满足中国散裂中子源打靶功率提升需求，加速器采用外置天线射频负氢离子源替换此前使用的潘宁表面负氢离子源，为加速器提供高品质和高稳定的束流。文章主要介绍了基于EPICS软件系统和PLC硬件平台的射频负氢离子源控制系统设计方案和具体实现。针对射频功率源的电磁干扰和高压平台打火造成设备损坏，给出了相应的解决措施。此外，为提高离子源长期运行稳定性，设计了放电室高精度注铯控制程序及打靶功率稳定程序。控制系统自投入运行以来，运行稳定可靠，为离子源的高效运行提供了有力保障。     

多峰场负氢离子源磁体布局对等离子体特性影响的数值模拟研究

负氢离子源的研究对于响应国家散裂中子源建设和国际热核聚变实验堆计划的开展都具有十分重要的意义. 由于离子源本身的物理特性导致数值模拟成为不可或缺的研究手段, 基于此, 首先对自主研发的全三维粒子模拟/蒙特卡罗碰撞算法进行阐述, 然后对负氢离子体积过程进行描述, 并在此基础上对中国原子能研究中心的多峰质子源进行了系统仿真, 在引出磁体极性相同和相反两种情形下, 分别对多峰质子源放电特性进行了讨论和分析. 结果显示: 在相反极性下, 两引出磁体附近的磁漂移方向相同且数值较大, 即磁漂移剧烈, 导致电子总数较大且高能电子在特定区域活跃, 进而负氢离子体积产率较高, 即负氢离子在空间呈现Y漂移; 反之, 在相同极性下, 电子约束效果相对较差且负氢离子体积产率较低, 但其空间分布均匀.     

强磁场发展动态与趋势

文章主要介绍了强磁场的发展状况和最近取得的一些进展，包括45T稳态磁场、60T长脉冲磁场、80T非破坏性脉冲磁场和百特斯拉级磁场，同时文章也介绍了强磁场的发展趋势和各磁场实验室的强磁场发展计划．     

A space-time approach in digital image correlation: Movie-DIC

A new method is proposed to estimate arbitrary velocity fields from a time series of images acquired by a single camera. This approach, here focused on a single spatial plus a time dimension, is specialized to the decomposition of the velocity field over rectangular shaped (finite-element) bilinear shape functions. It is therefore assumed that the velocity field is essentially aligned along one direction. The use of a time sequence over which the velocity is assumed to have a smooth temporal change allows one to use elements whose spatial extension is much smaller than in traditional digital image correlation based on successive image pairs. This method is first qualified by using synthetic numerical test cases, and then applied to a dynamic tensile test performed on a tantalum specimen. Improvements with respect to classical digital image correlation techniques are observed in terms of spatial resolution.     

一源二场

引入了一源二场的概念,突出了二场的相消区.     

一类二维时变磁场激发涡旋电场的静电场类比计算

通过二维涡旋电场与二维静电场分布的比较，求解椭圆柱区域磁场随时间变化所激励的涡旋电场的场强转变为求解电场的势，从而使问题简化。     

电荷所受电力的两种表述形式

论证了Fe=∫vE外ρedV=∫vE总ρedV，并讨论了何时用哪个积分式方便．     

预试环磁场测量

本文叙述了用“点线圈感应法”测量“预试环”装置的纵向场、平衡场以及几种杂散场的方法,并给出相应的结果。     

New field equations in the 5-dimensional projective unified field theory

New field equations of the Projective Unified Field Theory are presented which avoid potential difficulties of former versions with respect to the equivalence principle. The physical interpretation of this new version remains unchanged: constancy of the “gravitational constant”, electromagnetic polarization of the vacuum, definiteness of the energy of the stationary scalaric field, etc. Furthermore, the Klein-Gordon field and the Dirac field are treated.     

物理场防除积垢节能技术

化工生产过程换热设备积垢的防除一直是普遍存在且难以解决的问题，目前采用的防除积垢的方法是化学法或化学与机械相结合的方法，它们都有各自的不足之处，文章在调查国内外关于物理场防除积垢节能技术研究成果的基础上，较详细地介绍了该技术的原理和应用现状，并展望了今后的发展方向。     

通以交变电流的长直螺线管内部磁场和电场的分布

通过求解麦克斯韦方程组，得出通以交变电流的长直螺线管内部的磁场和电场的分布，并讨论解的物理意义。     

利用地磁场综合模型CM4分析中国大陆地区地磁场变化

第四代地磁场综合模型CM4是迄今为止将地磁场的内源场和外源场分离得最为彻底的数学模型.利用该模型结合Taylor多项式模型,基于1960—2000年期间中国大陆地区的实测数据,计算并分析了以10a为间隔的内源场和外源场的变化情况,通过将1960—1990年的所有磁异常点归算至2000年以分析地壳磁异常场的总体分布趋势.结果显示:地磁北向分量X的内源场强度总体呈逐年减弱的趋势,从1960年到2000年共下降了约750nT,外源场强度总体呈先增强后减弱的趋势,共下降了约32nT;地磁东向分量Y的内源场强度总体呈先减弱后增强的趋势,1960—2000年期间共上升了约40nT,外源场强度总体呈先减弱后增强再减弱的趋势,共上升了约3.8nT;地磁垂直分量Z的内源场变化趋势与Y分量类似,共上升了约600nT,外源场总体呈先减弱后增强的趋势,共上升了约4.6nT.对于地壳磁异常场,X分量、Z分量、地磁总强度F和地磁水平分量H在中国大陆地区都为负异常分布,X分量和H分量的负异常强度随经度增加而减弱,Z分量和F分量则相反;Y分量和磁偏角D的分布较为类似,在中国的中西部大部分地区为正异常,强度随经度增加而减弱,磁倾角I主要以负异常为主,负异常强度随经度增加而增强.