双圆筒加速透镜中强流束传输的模拟

用矩阵法分析非强流束流与强流束流在双圆筒加速透镜中的传输,编写束流在双圆筒加速透镜等元件中传输的计算程序DCALENS.采用优化方法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,用DCALENS程序进行模拟计算,并对模拟结果进行比较分析.结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷力越强;束流流强大于2 A时,束流包络曲线发散明显.     

电多极透镜的束流光学

本文推导了电多极透镜的象差矩阵ΔM,并证明│ΔM+I│=1,在此基础上考虑象差时,只要对束流相椭球进行适当修正,束的传输仍可按相椭球规则进行,从而建立了电多极透镜的束流光学.     

周期场中强束流的特性研究

用薄透镜近似空间电荷相互作用的方法研究了强束流在周期场中的传输特性.通过计算可以说明束晕的形成.同时,也为研究比K–V分布更为复杂、真实的束流分布的传输特性提供了一种新的计算方法.     

北京质子直线加速器(10MeV段)的束流横向运动匹配计算

本文描述北京质子直线加速器(10MeV段)的束流横向运动匹配计算. 在该加速器的运行调试中已直接利用本文计算结果. 当腔内透镜电流运行在计算值或其附过值时, 束流在腔里的传输效率可高达63.6%(只用一个聚束器时), 达到了较高水平. 实验已表明: 本文的计算对于该加速器的调试运行很有用处.     

三级近似束流光学计算程序

为了精确计算束流在离子光学系统中的传输,用Visual FORTRAN 6.5语言编写了一个计算程序,长约13000行. 此程序可以计算由三圆筒单透镜、三膜片单透镜、双元筒透镜、均匀场静电加速管、磁四极透镜、六极磁铁、静电四极透镜、偏转磁铁、螺线管透镜、ExB~正交电磁场分析器、静电偏转器、漂浮管、QWR(Quarter Wave Resonators)和SLR(Split Loop Resonators)射频加速元件等元件任意组成的离子光学系统. 粒子轨迹的计算可精确到三级近似. 粒子的分布类型也可以有多种选择. 程序具有最优化计算功能,即可以自动调整元件的参数,以实现所需要的光学条件. 各元件之后的横向和纵向相图以及系统的束流包络线以图形方式显示在屏幕上.     

磁铁边缘场对注入束流的影响

在兰州重离子加速器冷却储存环工程(HIRFL–CSR)实验环的注入设计过程中,通过对束流在侧面边缘场作用下运动的反向数值跟踪,得到注入束流通过二极磁铁和四极透镜边缘场的传输矩阵,并同理想场对束流的作用进行了比较.通过改变注入束流中心轨道及对磁铁的重新设计,将磁铁边缘场对注入束流的影响减小到可以控制的范围.     

IH型永磁漂移管加速腔初步设计

设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔。通过迭代设计,使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致。设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV,长度0.96m,分流阻抗约90 MΩ/m。不考虑束晕和误差因素,50mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级。     

强流脉冲束在螺旋管透镜中的非线性传输计算

为计算强流脉冲束在螺旋管透镜6维相空间中的非线性传输,用Visual Fortran 6.5语言设计了一个计算程序,计算由漂浮空间、螺旋管透镜等元件组成的束流光学系统。程序在计算非强流脉冲束流的线性传输时,粒子的轨迹通过矩阵的直接相乘计算得出;程序在计算强流脉冲束流的非线性传输时,需要考虑束流中的空间电荷效应对束流传输的影响,在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解,先把元件分成若干均等的区间,把电流分成若干等份,后采用束流电流迭代与元件区间迭代的计算方法。程序运行结束时,横向和纵向相图以及束流光学系统的束流包络线可以在微机屏幕上直观地显示出来。     

9MeV行波直线加速器用四极透镜系统状态分析

 分析了大型海关集装箱检测系统用的9 MeV电子直线加速器的四极透镜系统变为斜四极透镜系统对束流聚焦特性的影响。对三单元四极透镜系统聚焦参数、制造和安装误差进行了分析，给出了参数选择方法和合理的误差要求。以上计算利用束流动力学程序TRANSPORT完成。     

ECR离子源束流引出与传输的研究

针对ECR离子源的束流引出及传输研究，在中国科学院近代物理研究所的LECR3离子源实验平台上开展了大量的实验. 实验中研究了等离子体电极引出孔径、反射电极(抑制电极)偏压以及Glaser透镜等因素对束流引出与传输的影响. 研究的重点是试图通过系列实验与分析来研究如何能更有效地引出强流离子束流并减小其在传输空间的损失. 给出了实验的主要结果，结合这些数据对ECR离子源的束流引出与传输进行了较全面的分析，并综合这些实验结果与分析结果得出了该物理过程的一般物理图像.     

ADS注入器II的5 MeV高能传输线的设计与搭建

ADS先导专项的注入器Ⅱ计划在将质子束通过一个Cryomodule加速到5 MeV后,进行10 mA连续束流的调试,以验证ADS低能段的强流超导直线加速器技术。为了将50 kW的束流功率沉积到束流垃圾站,需要搭建一条高能束流传输线,从超导段开始传输束流。采用两套三组合四极透镜控制束流包络及垃圾站的束流尺寸,利用诊断真空室进行水平和垂直发射度的测量。为避免束流产生的真空管道损伤,该传输线必须确保束流无损失地传输到垃圾站。A CW 10 mA,5 MeV beam commissioning of CADS Injector Ⅱ is planed recently to test the high power superconduction linac techniques.To transport 50 kW beam from linac to the beam dump,a high energy beam line (HEBT) line is designed and setup.Two Triplet are used to control the beam size along HEBT and at the beam dump.One diagnostics box is used for horizontal and vertical emittance measurement.To avoid damages to the vacuum pipe,beam should be transported to the beam dump without losses.The details of the HEBT design will be described in the paper.     

稳态离子束流强和密度分布的测量

在稳态磁镜聚变实验装置离子注入器的调试中,需要通过对束流传输线上几处的束流流强和密度分布的测量来了解束的截面、轨道和传输效率,以便调整离子源及磁四极透镜的参数,使束流聚焦在磁捕集器中心的靶上。这要求测量系统能直观、迅速地给出结果并具有一定的准确度。     

SFC的新的轴向注入束流线

为了满足HIRFL-CSR对注入器SFC的束流强度和品种的越来越高的要求, 兰州重离子加速器国家实验室在研制超导ECR离子源的同时, 设计了一个新的SFC的轴向注入束流线. 这个系统可以分别使用现有的常规ECR离子源和新建造的超导ECR离子源, 期望把从C到U的各种离子的能量和束流强度提高到一个新的水平. 这个系统由二极磁铁, 四极透镜, GLASSER透镜, 螺线管, 螺旋形静电偏转器和两台丝网型线性聚束器组成. 在总结现有系统运行经验的基础上,无论在横向还是纵向, 其性能结构都做了必要的改进. 文章给出了新系统的设计思想, 系统的布局结构和束流光学计算结果, 并对进一步提高聚束效率和聚束器的改进设计作了简要的描述. 目前, 系统正在安装中.     

强流直流束在螺线管透镜中传输的Lie映射

用Lie代数方法分析了强流直流柬在螺线管透镜中的传输,考虑了两种情况:一种情况是外磁场力大于空间电荷力,另一种情况是外磁场力小于空间电荷力.得到两种情况下的传输矩阵.分析结果编制成了程序,并计算了ECR离子源之后的束流传输系统.     

强流直流束在螺线管透镜中传输的Lie映射

用Lie代数方法分析了强流直流束在螺线管透镜中的传输, 考虑了两种情况：一种情况是外磁场力大于空间电荷力, 另一种情况是外磁场力小于空间电荷力. 得到两种情况下的传输矩阵. 分析结果编制成了程序, 并计算了ECR离子源之后的束流传输系统.     

强流脉冲高斯分布束在磁四极透镜中的非线性传输

用李代数方法分析了高斯分布下强流脉冲束在磁四极透镜中的非线性传输.在高斯分布下,束流的空间电荷势可利用Green函数算出,进而可以得到包含束流自场的粒子运动的Hamilton函数.再施加李变换,就可以得到粒子运动的各级近似解.本文给出二级近似下的结果,根据需要,还可以扩展到更高级近似.计算过程需要进行迭代,即根据每次算出的轨迹值,确定束团在三维实空间中的大小,然后再进行迭代,直到满足精度要求为止.     

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.     

等单元长度多间隙加速结构的束流动力学特性

等单元长度多间隙加速结构是一种非同步加速结构,当粒子在加速结构中的速度变化很明显时,粒子在每个间隙的相位是不相同的,薄透镜近似下的束流纵向运动方程没有考虑粒子在加速结构中的速度变化,这在单腔的能量增益相对于粒子能量很小的情况下是合理的,但是当粒子在加速结构中的速度有明显变化时,这种处理方式是不够的。本文从带电粒子在电磁场中的运动方程出发,通过目前普遍采用的理论建立了束流在这种加速结构中的纵向运动方程,通过数值方法得到了粒子在这种结构的相运动,计算了不同初始能量的粒子在不同的电场梯度及单元数的加速腔中运动的能量变化情况。结果显示:粒子相运动与不考虑粒子速度变化的薄透镜近似下的相运动轨迹有明显差异,当粒子速度变化超过一定值后,薄透镜近似下束流纵向运动方程在计算束流能量增益时与同步相位之间满足的余弦关系不再成立,并给出了能量增益变化曲线相对余弦曲线的偏离情况与电场梯度、间隙数、初始能量等参数的关系。     

中子发生器束流传输光学系统研究及模拟计算

 束流传输系统是中子发生器研制、调试和技改等工作顺利进行的重要依据。为此开展了中子发生器束流传输系统研究工作,阐述了传输系统光学特性和组成。以ns-200中子发生器为代表实例,详尽地分析了传输系统的组成和各光学透镜的特性。根据LEADS软件要求,生成该器束流传输系统数据输入卡,调用软件相应各光学元件计算模块,进行了模拟计算,给出了束流传输包络图。束流传输模拟计算结果与原设计要求基本一致。     

BEPCⅡ直线加速器的误差和抖动效应

为达到BEPCⅡ 直线加速器的设计指标，系统地研究了误差和抖动(Jitter)效应对束流性能的影响。误差效应包括束流的初始偏轴和聚焦透镜偏轴导致的色差效应；束流的初始偏轴和加速结构偏轴导致的尾场效应等。主要的抖动效应包括相位漂移抖动和高频功率源中调制器电压的抖动影响等。确定了在BEPCⅡ直线加速器上对误差和抖动的限制，如来自电子枪的束流的初始偏轴应小于等于0.3 mm，加速结构和聚焦磁铁的安装误差应小于等于0.2 mm，相位漂移抖动误差应小于等于2°，调制器的电压抖动误差应小于等于0.1%。并进一步确认了必须采用相位控制系统和束流轨道校正系统，以抑制这些误差效应的影响，达到正、负电子束流能散度小于等于0.5% 和电子束束流发射度小于等于0.25 mm·mrad，正电子束束流发射度小于等于1.60 mm·mrad 的设计目标。