加速器自动调束系统的研究

描述了加速器自动调束系统的设计方法,介绍了加速器调束工作的现状和实现自动调束的意义,阐述了基于遗传算法进行加速器自动调束的原理和加速器自动调束系统的设计方法,给出了计算机仿真实验结果,并指出了自动调束研究的发展方向. The principle of automatic beam tuning of accelerator based on genetic algorithms(GA) is expounded. Designing method of the automatic beam tuning system is introduced. Computer simulation results are presented, and the research direction of automatic beam tuning is discussed.     

BEPCⅡ直线加速器的束流调试

叙述了北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)直线加速器的调束过程. 针对调束目标和束流物理特性, 提出了调束方法,并对调束过程中出现的问题进行了分析和研究, 给出了初步调束结果,为今后的进一步调试和稳定运行提供了有益的参考.     

紧凑型回旋加速器物理问题及调束技术

介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中,为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极,为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题,采用变气隙技术,从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究,结果表明,CYCIAE-100的极限流强为10 mA。     

兰州重离子加速器综述

兰州重离子研究装置(HIRFL)是由离子源,注入器(扇聚焦回旋加速器,SFC)和主加速器(分离扇回旋加速器,SSC)组成的。由离子源产生的束流经过注入器SFC的预加速后,通过前束流线注入到主加速器SSC,束流在主加速器加速到最大能量后,由后束流线送到各个实验终端。本文首先介绍了HIRFL的建造过程、束流特性和主要结构。然后描述了SSC和束流线的调束过程、调束方法及运行状态。最后展望了HIRFL广泛的应用前景。     

正弦波速调管聚束理论在ns-200加速器上的应用

 阐述了正弦波速调管聚束理论及具体实现方法，给出了相应的计算公式。结合ns-200加速器的结构特点，运用该法确定了聚束装置的主要参数：聚束筒长度、等效漂移长度、聚束电压等，为ns-200加速器设计了聚束装置。将该装置安装于加速器，通过调试，获得了半宽为3.5ns的聚束脉冲，实现了纳秒脉冲运行方式。     

HIRFL-CSRm电源监测系统

电源监测系统为兰州重离子加速器装置(HIRFL)机器研究、自动调束、深度学习提供重要的实时数据，在对HIRFL进行EPICS升级过程中，重新设计电源监测系统，采用分布式的设计布局，形成一种由上层、中间件、底层构成的拓展架构，实现上层数据的中间件处理、下层参数的中间件统一下发，避免上层非法参数对下层设备的不利影响，简化下层异常的处理；为了调束方便，整合显示界面，优化不同功能界面上大数据量显示的难题，提高显示的流畅度；为了完成数据的后台分析，搭建非关系型数据库集群，实现重要数据多副本、实时数据分片多节点存储，提高数据安全性及数据库读写速度，避免复杂的数据库表结构设置，拓展数据库集群优化及节点增加。     

95 MeV射频电子直线加速器辐射防护分析

应相关建设安评、环评、稳评以及职业健康评估的要求,电子加速器设计过程中即应对其辐射情况进行分析。针对电子能量为40～95 MeV可调的光阴极微波电子枪直线加速器,对其辐射源项进行分析,并讨论了可能的辐射防护措施的效果。采用蒙特卡罗软件FLUKA对电子束流和加速器进行建模,通过模拟计算发现,加速器产生的等效剂量分布主要位于废束桶中,废束桶以外辐射剂量迅速下降,在电子加速器实验大厅四周设置混凝土墙体的情况下辐射等效剂量率将随墙体厚度迅速下降。若混凝土墙体厚度设置为1 m,则墙体外工作人员所在区域辐射等效剂量率不高于1 μSv/h量级,能够有效屏蔽加速器产生的电离辐射,给工作人员提供有效防护。研究方法及结果对同能区同类型加速器建设中的辐射分析及辐射防护评估具有一定的参考价值。     

CSNS束流损失测量系统设计

介绍了束流损失测量系统探测器的选型、前置放大电子学的功能、数据采集系统的硬件配置及本地站显示界面,着重介绍了本系统在加速器不同能量段的束流调试中的应用。DTL低能段成功观测到了束流损失,针对RCS段脉冲高功率设备,对本系统的干扰提出了解决方案,便于加速器调束时区分干扰与束损,针对RTBT微脉冲大信号的束损进行了积分展宽,满足数据采集系统带宽需求。     

强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计

 针对一台用于加速器驱动洁净核能源系统研究、高占空比的强流质子加速器,开展强流质子直线加速器束晕产生的研究工作,其中的束流剖面分布特别是束晕部分测量的束流诊断系统是研究工作的核心内容。束晕的产生在低能量段尤其重要,且对整个直线加速器的设计有重要影响。介绍了研究束晕增长的束流输运线和测量系统的布局设计,并根据所研究的加速器束流的情况进行束流剖面探测器和束晕测量的设计和预研,包括丝靶材料的模拟计算和选择、机械驱动的控制系统设计和研究、前端模拟电路的设计和仿真模拟、以及整个系统与EPICS和VxWorks的计算机控制接口等。     

直线感应加速器输运磁场遗传算法优化

以直线感应加速器（LIA）匹配磁场设计和束线调谐为背景,提出解决强流相对论电子束长距离、小波动、多元件磁约束的输运优化问题的数值优化办法,建立基于遗传算法的优化程序。结合束质心轨迹及束包络耦合模型,设计描述束传输半径波动大小的评价函数,采用励磁元件馈入电流为优化对象,解决LIA磁场配置组合爆炸优化问题。计算结果表明:优化程序可依据不同的初始束流,有针对性地快速给出一组符合束输运要求的励磁电流配置。研究成果为在建的LIA装置束线调谐提供一种重要的数值分析工具。     

中国散裂中子源直线输运线束流位置测量系统

介绍了针对中国散裂中子源(CSNS)的直线到环输运线(LRBT)所设计的条带式束流位置测量(BPM)系统,探头方案以条带式电极为基础进行物理设计及参数优化,并通过机械标定减少机械加工误差,电子学选用商用数据处理方案。此系统在加速器实际运行中有效提供位置信息,对在线测量数据采用奇异值分解(SVD)进行分析,根据分析结果,对束流轨道测量的精度达到预期设计目的,满足物理调束需求。     

C-ADS注入器Ⅱ项目RFQ射频系统介绍（英）

C-ADS注入器Ⅱ的RFQ射频系统是该强流加速器的关键一环,它通过两台完全一样的耦合器为一台四边形四翼型RFQ提供和传送功率。该射频系统在设计之初就考虑为10 mA连续束流而进行特殊优化,从功率源、耦合器和功率传输系统几个方面对其进行详细介绍,尤其是针对CW模式下的系统稳定运行以及设备可靠性等方面进行的特殊考虑和模拟方法。该系统已经在2015年通过了10 mA连续束的测试,证实了该射频系统的设计和调试符合物理的实验需求。特别阐述了该系统中一种新的碗型陶瓷窗耦合器的设计思路和一种无环形器情况下的特殊的耦合系数调谐方法,同时推导了双端口耦合的计算方法的具体设置过程。     

“神龙一号”加速器束流输运系统研制

文章系统介绍了“神龙一号”直线感应加速器束流输运系统的研制过程和取得的成果, 重点阐述了螺线管线圈、二极校正线圈、多功能腔等关键单元部件的设计、传输元件的磁轴测量和准直安装、束线的总体布局、束流调试等研究内容. 束流调试结果表明, 该束流传输线的设计是成功的, 并且具有较宽的动态适应范围. 最后, 结合束流调试的经验, 提出了一些建议供以后工作参考.     

Development of Beam Transport System of “Dragon-Ⅰ”LIA

The development of beam transport system of “Dragon-Ⅰ” linear induction accelerator(LIA) and the achievements are introduced in this paper. Along with the designs of many key elements such as solenoid coil, dipole steering coils, and multi-functional cavity, several research items including measurement of magnetic axis, alignment, layout and beam tuning are also described respectively. The experimental results indicated that the design of whole beam transport system is successful. In the end of the paper, some suggestions are given for the future work.     

Dragon-I Linear Induction Electron Accelerator

Dragon-Ⅰ is a linear induction electron accelerator. This facility consists in a 3.6MeV injector, 38 meter beam transport line and 16MeV induction accelerator powered by high voltage generators, including 8 Marx generators and 48 Blumlein lines. This paper describes the physics design, development and experimental results of Dragon- Ⅰ. The key technology is analyzed in the accelerator development, and the design requirements and operation of the major subsystems are presented. The experimental results show Dragon-Ⅰ generates an 18—20MeV, 2.5kA, 70ns electron beam. The X-ray spot size is about 1.2mm and dose level about 0.103 C/kg at 1 meter.     

基于变截面梁的光纤光栅线性无啁啾调谐

从理论上分析了利用变截面（等强度）弹性梁实现光纤光栅波长线性、无啁啾调谐的基本原理，给出了实现无啁啾波长调谐的弹性梁截面满足条件及其设计方案，并讨论了矩形等截面和变截面悬臂梁调谐方案的特点.理论分析与实验结果均表明，通过对变截面梁侧向施加载荷，可以实现光纤光栅中心波长的线性无啁啾调谐，且系统结构简单、易于设计.     

SFC引出静电偏转板运动控制系统设计实现

SFC（扇聚焦回旋加速器）是兰州重离子加速器HIRFL重要组成部分,其束流引出效率直接关系到整个加速器的运行效率。原SFC引出静电偏转板运动控制系统由于其设备陈旧,控制方式及控制精度都已不能满足调束的需求,加之位置检测功能的缺失,给调束带来极大不方便。基于此状态,本项目在有限的检修时间内,分两期实现了偏转板的位置检测和运动控制功能。在设计过程中,使用实际位置拟合测量数据的方法,提高了位置检测的精度,特别是用了特定的软件补偿算法消除机械传动回程差,大大提高了电机控制精度,目前整体控制精度在0.2mm左右。用户界面能够显示每个电机的相对位置、模拟动画、限位开关状态指示等信息。界面简洁直观,操作方便。系统自2014年夏季运行以来,稳定可靠,提高了供束效率,减少了故障时间,得到调束人员一致好评。SFC (Sector Focusing Cyclotron) is an important part of the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou.The beam extraction efficiency of SFC is directly related to the efficiency of the whole accelerator. Because of the old equipment and control mode, as well as the low control accuracy of the SFC electrostatic deflection plate motor control, the motion control system was not able to meet the demand of beam tuning staff. In addition, there were no position detection function for this deflection plate; the beam tuning staff cannot get the current position of the deflection plate when they move these motors. Based on this situation, we designed and realized SFC motor control and position detection system in the summer maintain period in 2014 and 2015. In the design, we used the actual position to fit the measured voltage signal to improve the accuracy of position detection. Meanwhile, a specific compensation algorithm was designed to eliminate the mechanical transmission return difference, which greatly improved the motor control accuracy. At present, the overall control accuracy is about 0.2 mm. The user interface has numbers to shows the relative position of each motor and related animation, indicator led to show the status of each limit switches, easy operate buttons to control the motor moving. The system has been running stably and reliably since 2014. It has improved the efficiency of the beam tuning and reduced the fault time, so it is well praised by the beam tuning staff.     

Tuner design and RF test of a four-rod RFQ

A mini-vane four-rod radio frequency quadruple (RFQ) accelerator has been built for neutron imaging. The RFQ will operate at 201.5 MHz, and its length is 2.7 m. The original electric field distribution along the electrodes is not flat. The resonant frequency needs to be tuned to the operating value. And the frequency needs to be compensated for temperature change during high power RF test and beam test. As tuning such a RFQ is difficult, plate tuners and stick tuners are designed. This paper will present the tuners design, the tuning procedure, and the RF properties of the RFQ.

     

RFQ加速器高频测量软件和分析软件开发

强流RFQ加速器要求严格控制束流损失和束流发射度增长,因此必须准确测量和正确分析RFQ加速器的场分布和模式的场分量,并使它们符合设计要求.LebView是一个广泛应用于自动测量和数据处理的计算机软件平台,介绍在此平台上开发的RFQ自动测量软件和数据分析软件,同时给出这些软件的一些应用实例.