大功率辐照加速器的研制

介绍了10MeV/20kW大功率辐照加速器的设计.该加速器采用返波型行波加速结构加速管,综合了常规行波加速结构微波反射小、频率稳定性好和驻波加速结构分流阻抗高的优点.加速器工作于S波段,中心频率为2856MHz.利用自编的模拟程序AccDesign进行物理设计,设计输出电子束能量为1OMeV,脉冲流强300mA,加速管总长1.5m,模拟计算结果显示微波至电子束的转换效率为66%.同时利用计算机仿真程序对加速腔的温度和应力分布进行了计算,得到了微波功率损耗对加速腔频率的影响.     

W–band光注入器的模拟研究

模拟研究了1.6个腔、高梯度的W-band光阴极微波电子枪系统,该系统能产生和加速300pC的电子束团.设计系统由频率91.392GHz光阴极微波电子枪以及频率91.392GHz行波加速结构组成.基于射频直线加速器标度律与数值模拟结果,设计系统能产生能量1.74MeV,电量300pC,束团长度0.72ps,归一化横向发射度0.55mm·mrad的电子束团.研究了高频、高梯度下的束流动力学.由于高梯度,有质动力效应在束流动力学中起重要作用,且由于横向与纵向之间的耦合,在基次空间谐波的情形下,仍然存在着有质动力聚焦效应.     

辐照用紧凑连续波电子加速器的物理设计

为适应工业电子加速器需求增多的现状,提出了一种新型的结构紧凑的连续波电子加速器,运行频率为180MHz。依靠置于加速腔外的多个偏转磁铁,使电子束多次穿越加速腔,从而得到持续的加速。设计过程中,用CST软件对谐振加速腔进行了优化,用Parmela软件模拟了束流的粒子动力学。粒子纵向稳定度和横向聚焦也通过模拟进行了分析和验证。结果显示:此种新型加速器能得到9MeV,100kW的稳定电子束流。     

返波型行波电子直线加速结构的理论研究

比较了行波与驻波两种工作方式以及前向波与返波型行波的不同特点;研究了返波型行波电子直线加速结构的工作特性;并针对返波型行波电子直线加速结构的特点,进行工作模式的选择;对工作频率为2856MHz,3π/4模的返波加速结构进行了优化设计;研究了带聚束段的返波型行波加速管的纵向与横向粒子动力学问题;为海关大型集装箱在线检测用加速器设计了一根9MeV返波型行波加速管,并与采用盘荷波导结构的加速管进行了对比.研究结果表明,返波型行波电子直线加速结构具有一定的优势,它把鼻锥型加速结构分流阻抗高及盘荷波导行波工作方式填充时间短,工作稳定性好等优点结合起来,性能明显优越.     

基于3维实体重建的直线加速器加速管热稳定性的优化设计

 行波电子直线加速器运行时加速管腔体因铜损会产生不均匀的热变形和腔频率偏移。因无法获知腔频率的准确偏移值,设计加速管冷却系统的一种经验设计方法是控制管体温度离散度在3 ℃之内。提出并实现了一种以直接控制加速管腔体频率离散度为设计目标的方法。采用插值蒙皮曲面造型理论,依据温度场和热变形的有限元仿真结果,高精度重建出变形后的腔体3维实体模型。将其导入到电磁场分析软件微波工作室,解算出不均匀温度分布造成的热变形引起的各腔频率偏移,实现了热-结构-电磁场的耦合分析。以加速管腔体频率离散度最小为设计目标,获得冷却系统优化参数。相对于经验设计方法,可大大减小冷却水流量和水压差,节约运行成本。     

S波段6 MeV边耦合电子直线加速器的设计研究（英文）北大核心CSCD

近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。     

S波段6 MeV边耦合电子直线加速器的设计研究（英文）

近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

 能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

花瓣形加速器加速腔结构的优化设计

 介绍了一种新型辐照加速器——花瓣形加速器NB100（10 MeV/100 kW）。用电磁场3维仿真软件模拟计算了此种加速器加速腔的高频特性参数,研究了腔体特性参数与几何尺寸的关系,在考虑电子束渡越时间情况下,优化出了一组频率为100 MHz时的加速腔结构其尺寸为：腔体高度1 547 mm,外筒内半径980 mm,内筒外半径240 mm,内筒倒圆角半径210 mm,外筒倒圆角半径110 mm。计算结果表明：该种新加速腔具有较高的有效分路阻抗和品质因数。     

S波段2MeV轴耦合驻波加速管参数冷测调试

介绍了用于工业CT的S波段2MeV驻波电子直线加速管的微波冷测及调整,并详细描述了加速管频率的测量与调谐,加速管与矩形波导匹配,加速管品质因数及加速管整管场分布的测量,给出了加速管微波调试及调整的结果.结果如下:加速管的频率一致性达到±0.3MHz以内,过饱和状态下的耦合度为1.14,加速管单腔的品质因数约为120004-200,场分布的比值1:2.2:2.结果表明微波调试满足物理设计的要求.     

Demonstration of a 17-GHz, high-gradient accelerator with a photonic-band-gap structure

We report the testing of a high gradient electron accelerator with a photonic-band-gap (PBG) structure. The photonic-band-gap structure confines a fundamental TM(01)-like accelerating mode, but does not support higher-order modes (HOM). The absence of HOM is a major advantage of the PBG accelerator, since it suppresses dangerous beam instabilities caused by wakefields. The PBG structure was designed as a triangular lattice of metal rods with a missing central rod forming a defect confining the TM(01)-like mode and allowing the electron beam to propagate along the axis. The design frequency of the six-cell structure was 17.14 GHz. The PBG structure was excited by 2 MW, 100 ns pulses. A 16.5 MeV electron beam was transmitted through the PBG accelerator. The observed electron beam energy gain of 1.4 MeV corresponds to an accelerating gradient of 35 MV/m, in excellent agreement with theory.     

Progress in the beam commissioning of separated function RFQ accelerator

Separated Function RFQ (SFRFQ) was proposed as a post accelerator of RFQ to accelerate heavy ions at low frequency. It introduces gap accelerating in the quadrupole electrodes, and therefore it has higher accelerating efficiency than the conventional RFQ accelerator. The first SFRFQ prototype cavity has been specially designed and constructed as a post accelerator to accelerate O+ beam from 1.03 MeV to 1.64 MeV. Based on accomplishment of low power measurement and high power test, the beam commissioning was carried out to verify its feasibility. The measured energy gain per cell of SFRFQ is 45 keV, which is about 60% higher than that of Peking University Integral Split Ring (ISR) RFQ.     

High-gradient millimeter-wave accelerator on a planar dielectric substrate

We report the first high-gradient studies of a millimeter-wave accelerator, employing for the first time a planar dielectric accelerator, powered by means of a 0.5-A, 300-MeV, 11.424-GHz drive electron beam, synchronous at the 8th harmonic, 91.392 GHz. Embedded in a ring-resonator circuit within the electron beam line vacuum, this structure was operated at 20 MeV/m, with a circulating power of 200 kW, for 2 x 10(5) pulses, with no sign of breakdown, dielectric charging, or other deleterious high-gradient phenomena. We also present the first measurement of the quadrupolar content of an accelerating mode.     

Physics design of a 10 MeV, 6 kW travelling wave electron linac for industrial applications

We present the physics design of a 10 MeV, 6 kW S-band (2856 MHz) electron linear accelerator (linac), which has been recently built and successfully operated at Raja Ramanna Centre for Advanced Technology, Indore. The accelerating structure is a 2π/3 mode constant impedance travelling wave structure, which comprises travelling wave buncher cells, followed by regular accelerating cells. The structure is designed to accelerate 50 keV electron beam from the electron gun to 10 MeV. This paper describes the details of electromagnetic design simulations to fix the mechanical dimensions and tolerances, as well as heat loss calculations in the structure. Results of design simulations have been compared with those obtained using approximate analytical formulae. The beam dynamics simulation with space charge is performed and the required magnetic field profile for keeping the beam focussed in the linac has been evaluated and discussed. An important feature of a travelling wave linac (in contrast with standing wave linac) is that it accepts the RF power over a band of frequencies. Three-dimensional transient simulations of the accelerating structure along with the input and output couplers have been performed using the software CST-MWS to explicitly demonstrate this feature.     

一种新型、紧凑、高效电子直线加速器加速管的设计研究

对一个新型、紧凑、高效的电子直线加速器的加速管的设计,进行了等阻抗与等梯度两种结构的比较研究.对于使用一个5MW速调管的能量和相位经过选择的用毕束流注入到两种加速管的情况应用Parmela程序进行了模拟计算.说明宜于加工和调试的等阻抗加速管更为适宜.最后,简单地讨论了如用更高功率(如30MW?,相应加速能量约为30MeV)的速调管用毕束流作为这种新型加速器的注入束时,等阻抗加速结构除了在设计、加工、调试中的简单易行外,同时模拟结果表明整个加速管无需外加横向聚焦磁场.     

10MeVLIA加速电压、电子束流测试

描述了中物院流体物理研究所１０ＭｅＶ电子直线感应加速器（１０ＭｅＶＬＩＡ）加速电压、电子束流波形测试方法，主要介绍了为探测加速腔电压波形而设计的电容性高压脉冲探头（ＣＶＰ探头）及其测试方法，并介绍了用电阻环四象限点监测束流质心位置及束流强度的方法。     

X波段重频过模返波振荡器实验研究

根据两腔振荡器和返波管的特点研制了过模结构返波振荡器, 该器件主要由调制腔和换能腔(慢波结构)两部分组成. 调制腔既是电子束的预调制腔, 也是微波谐振反射腔, 它同换能腔形成一个过模微波谐振腔,经调制腔调制后的电子束在换能腔中实现束波能量转换. 根据加速器的电子束参数(束压为1 MV,束流为20 kA)设计了一个X波段的高功率微波器件,2.5维粒子模拟程序模拟得到微波频率为8.25 GHz,输出功率为5.70 GW. 用超导磁体作为引导磁场,单次运行输出微波功率为5.20 GW,微波频率为(8.25±0. 关键词： 两腔振荡器 返波振荡器 多波切连科夫发生器     

C波段加速器初步热测实验

为了开展加速器小型化技术研究,进行了C波段2 MeV驻波加速器研制工作。目前,该加速器研制取得了显著进展,完成了全密封加速管的焊接,建立了加速器热测实验平台。在重复频率50 Hz情况下,进行了初步热测出束实验,利用电离室剂量仪测试了加速器靶前1 m处的X射线剂量率,并利用钢吸收法测试了电子束的能量。初步实验结果表明:电子束能量约2.5 MeV,剂量率超过330 mGy/(minm)。