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。     

BEPCⅡ束流损失探测系统及其初步应用

束流寿命是衡量储存环性能的重要参数, 它直接影响到储存环能否正常运行. 采用束流损失探测系统通过探测束流损失的地点, 可以为分析束损原因、优化机器参数和提高束流寿命提供依据. 介绍了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)束流损失探测系统的基本情况: 前端束流损失探测器输出的脉冲信号送到下位机进行处理, 通过CAN总线将所有的下位机连接到位于本地站的前端PC机, 此PC机再通过以太网与中控室的PC机或工作站进行数据通讯, 最终实现对束流损失的实时监测、数据存储, 并能对历史数据进行处理, 达到实时显示全环束损分布的目的. 文章最后还简要介绍了整个系统在BEPCⅡ调束过程中的初步应用.     

BEPCⅡ束流损失探测系统及其初步应用

束流寿命是衡量储存环性能的重要参数,它直接影响到储存环能否正常运行.采用束流损失探测系统通过探测束流损失的地点,可以为分析束损原因、优化机器参数和提高束流寿命提供依据.介绍了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPC Ⅱ)束流损失探测系统的基本情况:前端束流损失探测器输出的脉冲信号送到下位机进行处理,通过CAN总线将所有的下位机连接到位于本地站的前端PC机,此PC机再通过以太网与中控室的PC机或工作站进行数据通讯,最终实现对束流损失的实时监测、数据存储,并能对历史数据进行处理,达到实时显示全环束损分布的目的.文章最后还简要介绍了整个系统在BEPC Ⅱ调束过程中的初步应用.     

带电粒子束传输的相图函数理论

带电粒子束发射相图的形状可用相图函数描述.本文利用相图函数理论和Lie代数研究非线性传输系统中束相图的变化.同时研究了它的逆问题──根据束特性选择传输系统参数.作为例子,讨论了利用非线性元素改善束质量和非线性周期场系统中的束匹配问题.     

质子治疗装置的束流扩展研究

对扩展质子束流的双环双散射体方法进行了探讨, 研究了它的束流分布函数与束利用率和束分布均匀性的关系, 以及照射野形成距离的改变和束偏离对束流分布的影响. 计算了散射体的厚度与照射野的关系, 并提出了用液体散射体代替固体散射体的可能性.     

国内首次超导高频系统束流调试及高功率试验

2004—2007年BEPC高频系统从常温腔改建到超导腔, 逐渐解决了改频的物理问题和超导技术的工程难题, 实现了与国际先进技术接轨, 并按期保质完成了工程、调束任务. 高频系统是BEPCⅡ工程首个吸收国外超导技术、自主完成集成和调试成功的大型装置; 2006年7月国内首次超导高频大功率试验成功; 2006年11月完成系统联调, 按期投入BEPCⅡ首轮调束; 同年12月首次投入同步辐射运行; 2007年2至5月, 东、西两套超导高频系统在1MV以上的加速电压均已实现正/负电子1.89GeV注入积累和110/114mA对撞; 在同步辐射运行中, 逐渐达到2.5GeV/250mA、束流功率100kW, 接近国外同类机器水平; 束流试验证明两套高频系统的     

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。     

中国散裂中子源直线加速器束流流强测量系统

介绍了中国散裂中子源(CSNS)直线加速器(Linac)采用的自主研制的束流变压器(BCT)系统。根据CSNS Linac的束流参数、加速器管道的横向孔径和纵向空间,专门设计了BCT进行束流宏脉冲流强的测量。在CSNS Linac试运行阶段成功地测量到了负氢粒子束流的宏脉冲信息,给调束运行提供了有利的保障和支撑。     

束流相空间与束流发射度椭圆的对应

研究了束流传输理论沿用的束流相空间与实测束流发射度椭圆之间的对应关系,推导了束流相空间参数与束流椭圆对应关系的表达式,为束流传输理论与束流测量实验之间的相互验证提供了直接依据。     

神龙一号加速器束参数测量

文章全面介绍了在神龙一号直线感应加速器的研制过程中, 发展的一系列束参数测量手段. 光测方面, 介绍了利用光学渡越辐射和切伦柯夫辐射测量束剖面、发射度、能散度的工作; 电测方面, 介绍了利用电阻环、磁探针、纽扣电极方法测量束位置和强度, 以及利用返磁回路方法测量束流均方根半径的工作. 这些工作极大地提高了束流测量的水平.     

北京正负电子对撞机(BEPC)上的试验束及其物理工作

本文介绍了北京正负电子对撞机(BEPC)上的试验束的初级束的研制;报道了次级束的产生和次级束中正电荷粒子的鉴别与测量;简单介绍了利用试验束进行的量能器模块的辐照损伤研究.     

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.     

SESRI 300 MeV同步加速器注入线的传输效率与接受效率

为了完成SESRI300MeV同步加速器的束流调试,使用Tracewin软件和加速腔电磁场分布文件建立了该加速器注入线从离子源出口到注入点的全尺寸模型,在多粒子模式下计算了两种典型粒子束(质子、²⁰⁹Bi³²⁺)在不同状态下的加速传输,得到了注入线上束流相空间的变化过程和注入线的传输效率与接受效率.研究结果表明,300 MeV同步加速器注入线在加速不同荷质比的离子束流时,电磁场参数设置基本与荷质比成反比.束流的接受效率主要由射频四极加速腔出口发射度决定,质子束和重离子束的接受效率差别较大.在射频四极加速腔出口发射度为0.1πmm·mrad时,²⁰⁹Bi³²⁺束接收效率达到92.13%,质子束的接收效率为68.18%.分析束流传输过程表明,当横向发射度过大时,束流会因为纵向能散展宽和相位展宽而无法被最终接受.在现有配置下,质子束存在横向聚焦力不够、接受效率较低的问题.通过额外增加2个四极铁能够将质子束的接受效率由68.18%提升至83.61%.     

非理想氢原子束真空环境长程传输模拟研究

模拟研究了非理想氢原子束在真空环境下的长程传输效应。根据中性化程度的不同,将非理想束分为欠中性束和过中性束。通过建立束流传输的准电磁模型,研究了束流密度、中性化因子、空间磁场和弹性散射等因素对非理想氢原子束的影响。结果表明:对于欠中性束,负氢离子的存在对氢原子的传输几乎没有影响,因此欠中性束的发射装置可以考虑去除偏置磁场,以减小设备体积和质量;对于过中性束,束流损失率与束流密度和中性化因子有关,即束流密度越大,束流损失越大;中性化因子越高,束流损失就越高;而无论是欠中性束还是过中性束,空间磁场和粒子间的弹性散射对其传输都没有影响。     

基于HIRFL-CSR中剥离器的支束线物理设计

介绍了通过剥离器后不同电荷态的束流在弯曲磁铁中的传输情况,由此引出一种切割束流的方法,在此基础上设计了一条支束线,以实现两个实验终端同时供束,增加供束时间.在束运线设计过程中,根据HIRFL CSR的实际条件,对束流的中心轨迹和束流包络做了详细的计算,给出了束流输运线的几何布局和各个元件的基本物理参数. A new branch beam line downstream of the stripper located between SFC and SSC is designed to collect the beams with the charge states other than the most intensive one. The layout of the branch beam line and the physical parameters for each dipole and quadrupole are given based on careful calculations.     

变盘和环状束流空间电荷场的计算

给出了变盘和环状束流空间电荷场的公式和计算方法,介绍了在束流动力学计算中如何利用关于场的计算结果.     

北京正负电子对撞机中的束流光电子不稳定性研究

高能储存环中的正电子束流辐射出光子,打在束流管道壁上产生光电子并形成电子云;多束团正电子束流与电子云相互作用,有可能发生的不稳定性,称为束流光电子不稳定性.这种不稳定性有可能在下一代高能正负电子对撞机的束流中发生,因此对这种束流不稳定性的研究,也有很重要的实际意义.文章讨论了在北京正负电子对撞机(BEPC)上开展的束流光电子不稳定性实验和模拟分析研究.     

国内首次超导高频系统束流调试及高功率试验

2004-2007年BEPC高频系统从常温腔改建到超导腔,逐渐解决了改频的物理问题和超导技术的工程难题,实现了与国际先进技术接轨,并按期保质完成了工程、调束任务.高频系统是BEPCⅡ工程首个吸收国外超导技术、自主完成集成和调试成功的大型装置;2006年7月国内首次超导高频大功率试验成功;2006年11月完成系统联调,按期投入BEPCⅡ首轮调束;同年12月首次投入同步辐射运行;2007年2至5月,东、西两套超导高频系统在1MV以上的加速电压均已实现正/负电子1.89GeV注入积累和110/114mA对撞;在同步辐射运行中,逐渐达到2.5GeV/250mA、束流功率100kw,接近国外同类机器水平;束流试验证明两套高频系统的各类参数标定和测量值与理论设计吻合.10个月运行表明系统可靠.本文对BEPCⅡ高频系统的束流联调和高功率试验做简要描述.     

加速器束流诊断技术的新进展

介绍了加速器束流诊断技术的新进展, 包括束流位置测量技术、束团横向尺寸测量技术和束团长度测量技术. 束流位置测量技术主要介绍具有高位置分辨率的腔型束流位置检测器和数字束流位置处理技术. 束团尺寸测量技术主要介绍高空间分辨率的激光丝扫描器、光学渡越辐射和光学衍射辐射技术. 束团长度测量技术主要介绍高时间分辨率的相干辐射光谱技术、RF横向偏转腔、RF零相位技术和电光采样技术.     

BEPCⅡ-Linac束流光学和轨道校正的优化研究

为实现BEPCⅡ的总体要求,对直线注入器的强流电子束和正电子束进行了系统的束流光学模拟和优化研究.提出了束流光学的自动校正环路.系统地研究了束流初始偏轴和加速器部件的安装误差对束流归一化发射度和轨道偏移的影响.提出了采用“一对一”的束流轨道校正机制,以有效抑制这些影响,确保直线注入器的束流性能.