RFQ冷却聚束器

简要介绍了RFQ冷却聚束器的基本原理, 并对设计中的RFQ冷却聚束器的特点和利用SIMION程序进行模拟的初步结果进行了讨论.The principle of RFQ (Radiofrequency Quadrupole) cooler and buncher is briefly introduced. The characteristics of the being designed RFQ cooler and buncher and the preliminary results simulated by using the SIMION code are discussed.     

强流RFQ的稳定性设计研究

对强流RFQ耦合间隙的确定、二极模稳定杆的设计进行了详细的研究和讨论.利用现有的RFQ冷模,进行了本征模频率的测量、场分布的调试和测量、二极模稳定杆的试验.并通过与模拟结果的比较,验证了模拟程序在RFQ腔体设计中的可靠性.同时,对影响RFQ稳定性设计的物理进行了有益的探讨.     

医用质子加速器注入器714MHz RFQ的设计研究

结合近几年来RFQ研究的进展,探讨了进一步提高RFQ工作频率上限的可能性.通过讨论得出了一台714MHz—0.8MeV RFQ的设计参数.动力学模拟计算表明,对医用弱流加速器,RFQ在714MHz频率仍能保持传输效率高,发射度增长小等优良性能.     

用于放射性束流的RFQ冷却聚束器

简要概述RFQ冷却聚束器的基本原理, 并给出了利用SIMION程序模拟的部分结果. 设计中的RFQ冷却聚束器与国际上其它同类设备相比, 具有特征半径大、入射粒子的允许能量上限值高和氦气气压高的特点, 因此本文最后对需要克服的困难作了一个简要的阐述.     

四轩型RFQ加速腔高频特性的数值模拟与实验研究

为设计一个高负载因子、高流强的RFQ加速器，使用三维电磁场计算程序MAFIA对加速腔的高频特性进行了模拟计算. 本文主要研究RFQ支撑板高度、宽度、间距、电极形状等结构参数对高频腔体高频特性的影响，根据RFQ加速器的比分路阻抗以及电磁场分布的要求，对RFQ的结构参数进行优化设计，然后根据模拟计算结果加工冷模，进行冷模测量并将测量结果与计算结果加以比较.     

RFQ冷却聚束器的离子引出系统

论述了RFQ冷却聚束器的两种离子引出系统——静电引出和小型RFQ方法的模拟结果，并通过流体力学方法计算了设计中的静电引出系统的氦气流量和系统可能获得的真空度. 研究结果表明：在较低氦气气压时，应该选用小型RFQ引出方法，以获得更好的束流品质，而在较高氦气气压时，只能选用静电引出方法. 另外，由于设计中的RFQ冷却聚束器经常工作于高氦气气压条件下，因此高纯度氦气的回收和再利用是必需的.     

强流四杆型RFQ加速腔水冷系统的设计和数值模拟

为了研制一个强中子发生器，北京大学重离子物理研究所设计了一台高负载因子、高流强的RFQ加速器. 本文讨论了RFQ加速腔水冷系统的设计，使用有限元软件ANSYS对水冷系统进行了分析. 使用MAFIA模拟计算得到的功率密度，并将其作为ANSYS水冷模型的边界条件. 因为MAFIA程序和ANSYS程序分网方法的不同，使用一个程序来将MAFIA的结果导入到ANSYS模型中，从而建立起了RFQ加速腔的热分析模型. 通过这个热分析模型分析并检验了水冷系统的设计，确定了水冷系统的结构. 模拟计算结果表明：使用目前设计的这套水冷系统，能够使RFQ加速器工作在适宜的温度下以及长时间稳定的运行.     

中国散裂中子源RFQ的热分析

射频四级场(RFQ)加速器的水冷具有以下两种功用: 首先它可以把射频场发热带走, 维持RFQ腔的热稳定性及限制RFQ强体形变幅度; 其次, 当RFQ失谐时, 它还可以用来进行RFQ的调谐, 而同时又基本不影响RFQ的射频场分布. 由于RFQ粒子的传输效率对射频场的分布极其敏感, 在RFQ的运行中不再采用传统的用调谐器对RFQ进行调谐的方法. 本文通过热分析, 确定了RFQ加速器的水冷管道的数量和布局及最佳工作水温; 确定了RFQ失谐时, 如何利用水温变化来对RFQ进行调谐的方法.     

SSC直线注入器RFQ腔体多物理场分析

SSC-LINAC是为兰州重离子研究装置（HIRFL）设计的直线注入器,它将U34+离子加速到1 MeV/u注入到分离扇回旋加速器（SSC）中,为冷却储存环（CSR）提供10 MeV/u的U34+。该注入器可以将SSC引出的重离子流强提高一个量级以上。SSC-LINAC由一个RFQ（Radio Frequency Quadrupole）加速器和4个DTL（drift tube linac）组成,设计频率为53.667 MHz。RFQ工作在连续波模式,设计功率30 kW,如果不能有效地冷却,高频电流在电极表面产生的热量会使RFQ的腔壁和电极发生形变,从而导致腔体频率的漂移以及加速和聚焦电场的改变。因此,为了保证连续波工作的RFQ加速器稳定运行,对水冷模式和通道设计提出了很高的要求。作者用有限元软件ANSYS对RFQ进行高频电磁场、温度场、结构应力的耦合分析,验证了冷却方案设计的可行性和可靠性。Heavy Ion Research Facility at Lanzhou(HIRFL) consists of SFC, SSC, CSRm and CSRe. A new linac injector, which will increase U34+ to 1 MeV/u, is designed for SSC to increase the beam intensity to ten times higher. The new injector, whose frequency is 53.667 MHz, is composed by a RFQ (Radio Frequency Quadrupole) cavity and four DTL(Drift Tube Linac) cavities. The RFQ cavity, whose RF power is 30 kW, is operated at CW(continuous wave) mode. The heat produced by HF (high frequency) electromagnetic will cause deformation of RFQ structure, lead to the resonant frequency shift, and reduce the focusing efficiency of the cavity. An efficient cooling system is necessary to ensure that the RFQ cavity can stably be operated at the nominal frequency. A detailed multi-physics field coupling analysis of RFQ has been finished with 3D finite elements software ANSYS. The result of the analysis shows that the water cooling system can cool the RFQ cavity fully and keep the frequency drift be in a acceptable level.     

Studies on RFQ accelerators and its applications

Development activities of Radio Frequency Quadrupole （RFQ） accelerators in China are presented. A 1 MeV O＋ RFQ and a 3.5 MeV ADS proton RFQ have been constructed. A novel separated function RFQ is under beam test, a 2 MeV D＋ RFQ is under construction and a CSNS RFQ is going to be constructed. The RFQ dynamics and the simultaneous dual beam acceleration with positive and negative ions were investigated and related codes were developed. The applications of RFQ will be further promoted in China.     

973 RFQ 水冷调谐系统(英文)

由于束流的传输效率对射频四极场加速器(RFQ) 中射频场的分布极其敏感,所以在RFQ 的运行过程中不再采用传统的调谐器调谐RFQ。水冷调谐的方法基本上不影响RFQ 射频场的分布,所以适用于RFQ 的调谐。中国科学院高能物理研究所为C-ADS、CSNS 预研RFQ 项目开发建造了一套水冷调谐系统,使用RF 相位差作为控制量进行RFQ 水冷调谐,相位差的控制精度达到了1°运行结果显示该系统满足了RFQ 的调谐需求。介绍了该系统的水冷系统、调谐控制系统和一些运行经验。Since the beam transmission of a Radio Frequency Quadrupole(RFQ) Accelerator is very sensitive to the field profile, the ordinary frequency tuning method by the local movable tuner is no more adopted in an RFQ operation. The tuning method by controlling cooling water temperature is widely adopted to tune the RFQ due to the less affect on the RFQ field profile. A Resonance Control Cooling System (RCCS) is developed and commissioned for the 973 RFQ,which is a R&D project for C-ADS and CSNS RFQ at IHEP. This system adopts the RF phase difference as control variable to tune the RFQ. The control accuracy of the RF phase difference is about 1°. The running of the 973 RFQ shows that the RCCS works very well and fully satisfies the operation requirement of the RFQ. In this paper, the water skid, resonance control system of the RCCS and the operation experiences will be presented.     

分离作用RFQ加速系统研究进展

介绍了SFRFQ加速系统的最新研究进展.为验证SFRFQ结构的抗打火性能,设计了一个高功率模型腔,进行了高功率打火实验,并最终证明了该结构的可行性.为验证SFRFQ加速器的载束性能,设计了一台长度仅为lm的600keV O+SFRFQ加速器,它将把从1MeV ISR RFQ引出的O+离子加速到1.6MeV.为解决1MeV ISR RFQ引出柬流与SFRFQ加速器的横向匹配问题,在其间插入了一个三单元磁四极透镜.SFRFQ加速器加工和1MeV ISR RFQ改造的进展顺利.     

SSC-LINAC重离子RFQ动力学模拟与研究

采用多粒子跟踪程序BEAMPATH 对SSC-LINAC 重离子RFQ 直线加速器进行动力学模拟,分别对RFQ 的接受度、高频特性、束流稳定性、空间电荷效应等进行了分析。该RFQ具有很大的纵向接受度,有利于束流在RFQ中的传输;高频特性研究表明,翼间电压设定在理论值以上时,该RFQ都能保持较好的束流特性;束流稳定性分析结果表明,该RFQ具有很大的束流失配容忍度;空间电荷效应研究表明,当束流强度低于0.5 mA时,束流传输不受影响。综合研究结果表明,53.667 MHz重离子RFQ具有较好的动力学特性,满足SSC-LINAC直线加速器的设计要求。The RFQ beam dynamics of a heavy ion linac was investigated in this paper and the BEAMPATH code was employed in this study. The main research was focused on the beam performances depending on longitudinal acceptance, RF properties, beam instability and space charge effect. The RFQ has large longitudinal acceptance in design, which brings the beam performances well. In the RF parameter study, the beam can keep good transmission in the acceleration even the vane voltage is larger than the theoretical value. It is also shown that the RFQ has a large robustness for the mismatch of the input beam by the analysis of the beam instability.Furthermore, the beam evolution is independent on the space charge effect when the beam current is less than 0.5 emA. The preliminary analysis of the beam dynamics shows that the 53.667 MHz heavy ion RFQ has a promising performance, which meets the requirements of SSC-LINAC.     

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.     

分段共振耦合RFQ场调谐方法研究

强流质子加速器需要采用分段共振耦合RFQ作为其低能加速结构,为减少束流损失,RFQ加速器必须达到所要求的场分布.针对共振耦合结构的特殊性,在RFQ传输线模型的理论基础上,在一台RFQ冷模型上进行了场调谐的实验研究,获得了满意的实验结果.同时,也验证了作者用LabVIEW编写的RFQ场调谐程序的正确性.     

BPL–RFQ加速器束流动力学设计研究

描述北京质子直线加速器RFQ的参数选择及束流动力学设计研究,给出了BPL-RFQ的主要参数.     

高压击穿现象的实验研究和对RFQ冷却聚束器RFQ1L的模拟

RFQ冷却聚束器RFQ1L是正在研制的超重核研究谱仪的一个关键部分. 为了感性认识气体的高压击穿现象, 对电极间能够承受的电压进行了实验测试. 另外, 根据现有已知条件, 重新详细模拟了离子在RFQ1L中的冷却和存储情况, 为RFQ1L实际工作点的选择提供了很好的理论依据.     

RFQ的束流动力学设计研究

本文评述了RFQ直线加速器对于加速低β粒子的重要优越性。给出了它的近轴区内高频电场的分布及粒子运动方程。叙述了束流的俘获效率及纵向相空间分布对于RFQ参数及注入能量的依赖关系。给出了750keV质子RFQ加速器的动力学设计研究。     

分离作用RFQ加速系统研究进展

介绍了SFRFQ加速系统的最新研究进展. 为验证SFRFQ结构的抗打火性能, 设计了一个高功率模型腔, 进行了高功率打火实验, 并最终证明了该结构的可行性. 为验证SFRFQ加速器的载束性能, 设计了一台长度仅为1m的600keV O⁺ SFRFQ加速器, 它将把从1MeV ISR RFQ引出的O⁺离子加速到1.6MeV. 为解决1MeV ISR RFQ引出束流与SFRFQ加速器的横向匹配问题, 在其间插入了一个三单元磁四极透镜. SFRFQ加速器加工和1MeV ISR RFQ改造的进展顺利.     

350MHz强流质子RFQ加速器工艺腔的研制与测量

为研究强流质子RFQ加速腔的设计与加工工艺,研制了一台全尺寸无氧铜工艺腔.本文介绍了其物理设计与机械设计、机械加工与钎焊工艺研究及其高频性能的测量和调节.经调节,RFQ工艺腔可以达到较为理想的电场分布,其4个象限电场分布的一致性和平整度均能满足要求,二极场分量也足够小