SFC轴向注入系统和中心区的研究和设计

介绍了在HIRFL注入器SFC上进行的中心区、聚束器系统和轴向注入束运线的设计、加工和调试结果.中心区的设计采用了两种注入半径及相应的两套螺旋式静电偏转镜,解决了高频电压在某些工作区域偏低及三次谐波加速时轴向注入线上空间电荷效应较为严重的问题.新的锯齿波聚束器系统不仅可以提高聚束效率,而且还提出了采用半频聚束模式以提高SFC与主加速器SSC?的纵向匹配效率.新设计的轴向注入束运线配备了两台在线ECR离子源,提高了电荷态分辨能力和注入相空间匹配能力,在提高注入效率的同时还改善了离子源及束运线的工作环境和调束手段.     

HIRFL改造中的加速器物理问题

从加速器运行的角度对兰州重离子加速器HIRFL建成以来所存在的问题进行了总结, 结合放射束物理和冷却储存环CSR对HIRFL的新要求, 从加速器的物理设计方面提出了一些改进方案. 主要问题有: 超低能束流传输的空间电荷效应的影响, 扇聚焦回旋加速器SFC 高频加速电压不对称对束流轨道的影响, 用半频聚束的方式补偿两台回旋加速器的纵向不匹配, 前束线上聚束器的工作模式的选取, 强杂散磁场对超低能和低能束流传输的影响, 分离扇回旋加速器SSC注入区过垫补磁场对注入束流轨道的影响, SFC和SSC的单圈引出, 重离子通过剥离膜后的束流损失和束流品质的变坏等.     

70MHz连续波质子束脉冲化装置

为了进行强流回旋加速器关键技术研究, 中国原子能科学研究院建立了一个强流回旋加速器综合试验装置. 中国原子能研究院将在这个回旋加速器综合试验装置上建立强流脉冲化实验装置, 目标是实现几十至百keV量级的强流束的脉冲化. 具体是将70MHz连续波负氢束脉冲化为重复频率1—8MHz, 脉冲宽度约为10ns的脉冲质子束. 脉冲化装置将主要包括束流切割器和聚束器两大系统. 聚束器采用频率为70.487MHz的双间隙单漂移栅网结构, 可以将直流束压缩到±30°的回旋加速器高频接受相宽之内. 束流切割器将采用频率为2.2MHz的正弦波, 切割后的脉冲宽度将小于8ns, 最后得到的脉冲束的重复频率为4.4MHz.     

70MHz连续波质子束脉冲化装置

为了进行强流回旋加速器关键技术研究,中国原子能科学研究院建立了一个强流回旋加速器综合试验装置.中国原子能研究院将在这个回旋加速器综合试验装置上建立强流脉冲化实验装置,目标是实现几十至百keV量级的强流束的脉冲化.具体是将70MHz连续波负氢束脉冲化为重复频率1-8MHz,脉冲宽度约为10ns的脉冲质子柬.脉冲化装置将主要包括束流切割器和聚束器两大系统.聚束器采用频率为70.487MHz的双间隙单漂移栅网结构,可以将直流束压缩到±30.的回旋加速器高频接受相宽之内.束流切割器将采用频率为2.2MHz的正弦波,切割后的脉冲宽度将小于8ns,最后得到的脉冲束的重复频率为4.4MHz.     

HIRFL改造中的加速器物理问题

从加速器运行的角度对兰州重离子加速器 HIRFL建成以来所存在的问题进行了总结 ,结合放射束物理和冷却储存环 CSR对 HIRFL的新要求 ,从加速器的物理设计方面提出了一些改进方案 .主要问题有 :超低能束流传输的空间电荷效应的影响 ,扇聚焦回旋加速器 SFC高频加速电压不对称对束流轨道的影响 ,用半频聚束的方式补偿两台回旋加速器的纵向不匹配 ,前束线上聚束器的工作模式的选取 ,强杂散磁场对超低能和低能束流传输的影响 ,分离扇回旋加速器 SSC注入区过垫补磁场对注入束流轨道的影响 ,SFC和 SSC的单圈引出 ,重离子通过剥离膜后的束流损失和束流品质的变坏等.From the viewpoints of the HIRFL operation and the new requirements to HIRFL by the study of radioactive beam physics and CSR project, the HIRFL upgrading program has been proposed after studying the existing problems found during the operation and new problems when increasing the beam intensιty and ion variety. The accelerator physics problems of the upgrading program were discussed here, which include the space charge effect on the very low energy beam line...     

HIRFL 新B1聚束器的腔体设计

 根据HIRFL加速器的束流纵向匹配要求及实际情况,给出了新B1聚束器腔体的具体设计方案。采用短路片和两个移动电容板双调谐方式以满足该聚束器的宽工作频率范围要求。利用MAFIA程序对腔体的频率范围、品质因素Q值、损耗功率、微调电容及表面电流分布进行了计算,并就计算中可能引起的误差及方案的可行性进行了讨论。     

HIRFL的束流品质

HIRFL兰州重离子研究装置(HIRFL)包括一台能量常数K=69的扇聚焦回旋加速器(SFC)作为注入器,和一台能量常数K=450的分离扇回旋加速器(SSC)作为主加速器。SFC 和SSC 之间有60米的前束流线(L_1)相连,沿L_1装有1个剥离器和2个聚束器.束流从SSC通过后束流线(L_2)被引导到实验大厅........     

HITFiL中能束运线的纵向匹配

基于中国科学院近代物理研究所正在研制的兰州重离子治疗专用装置(HITFiL)的参数和指标, 对从回旋加速器到同步加速器之间中能传输段的纵向束流匹配过程进行了模拟分析。 根据主加速器的注入要求, 在束运线上采用了散束器以降低束流动量分散,从理论上分析了中能传输段末端可能实现的最小动量分散和达到最小动量分散的条件,讨论了散束效果与初始动量分散、 束团相宽和漂移长度的关系。 并利用MathCAD程序对束团在束运线上的纵向运动进行了跟踪模拟,使用PBO Lab程序进行了验算, 得到了当散束器射频电压为102 kV时,末端动量分散为最小值2.764×10-4。 进一步提出了中能传输段的基本参数,也为下一步的优化设计提供了基础。Based on the parameters of the Middle Energy Beam Transport (MEBT) of the Heavy Ion Therapy Facility in Lanzhou (HITFiL), which is now under design and construction at the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMPCAS), a debuncher will be used to reduce the momentum spread for the injection requirement of the synchrotron according to the injection demand of the synchorotron. Both analytical model and tracking simulation with MathCAD are used for the choice of debuncher’s parameters. The conclusion shows that the effective cavity voltage of the debuncher is 102 kV and the minimum finial momentum spread is 2.764×10-4.     

BEPCII次谐波聚束系统物理公差要求的研究

 为了进一步提高束流品质并逐步采用双束加速技术, BEPCII直线加速器准备采用带有两个次谐波聚束器的双次谐波聚束系统。目前, 该次谐波聚束系统的物理设计和优化已经基本完成。由于新设计的双次谐波聚束系统很不同于BEPCII现有的聚束系统, 因此, 就要求对聚束系统中存在的各种抖动(jitter)效应重新进行研究。 使用多粒子模拟计算程序PARMELA对电子枪的高压抖动和定时抖动、次谐波聚束器的相位抖动以及功率抖动、聚束器中加速电场相位以及A0加速管(俘获加速节)中加速电场相位的抖动等效应进行了研究, 并最终确定了聚束系统中各部件的物理公差要求。     

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.     

中国散裂中子源直线射频功率源系统的研制

中国散裂中子源加速器质子束流加速能量为1.6 GeV,重复频率为25 Hz,撞击固体金属靶产生散射中子,一期工程的打靶束流功率为100 kW。直线加速器的设计束流流强为15 mA,输出能量为81 MeV。射频加速和聚束系统包括一台射频四极场加速器、中能束流传输线的两个聚束器、四节漂移管直线加速器加速腔和直线-环束流传输线的一个散束器,与之相对应,共有8个单元在线运行的射频功率源为其提供所需的射频功率。目前,直线射频功率源系统预研项目已全部完成,各项性能参数均已达到设计指标,当前正处在批产安装调试阶段。151013     

Bunch compression study using the envelope model in CSRm

The feasibility of attaining a short-pulse-duration heavy ion beam with a nanosecond pulse length is studied in the main ring of the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL). Such a heavy ion beam can be produced by non-adiabatic compression, and it is implemented by fast rotation in the longitudinal phase space. In this paper, the possible beam parameters during longitudinal bunch compression are studied by using the envelope model. The result shows that a shortest heavy ion bunch ²³⁸U²⁸⁺ of 29 ns with energy of 200 MeV/u can be obtained, which can satisfy high energy density physics research.     

BPM测量束流纵向发射度与Twiss参数

在C-ADS直线加速器样机中,为了描述束流相空间分布,需要精确测量束流在RFQ出口处的参数。束流横向信息已通过发射度重构测量获得,束流光学也得到了验证。采用了一种用BPM的SUM信号测量束流纵向参数的方法。在实验中,调节两台聚束器的聚束腔压并记录其下游BPM上的SUM信号。通过粒子群算法和TraceWin模拟相结合的方法,得到了考虑空间电荷效应的测量结果。测得的发射度与Toutatis中的模拟值相近。     

兰州重离子加速器冷却储存环

 兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR,是一个多用途、多功能的双冷却储存环同步加速器系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成,并以兰州重离子级联回旋加速器HIRFL作注入器。CSR利用高频变谐波的方法,将重离子束的能量从7～25 MeV/u同步加速到２00～1 000 MeV/u,同时利用重离子储存环中空心电子束冷却技术将束流品质提高１个数量级,并通过储存环的快引出及慢引出,提供多种类的重离子束以及放射性次级束(RIBs),以开展范围更广精度更高的物理实验。该装置于2007年投入运行,已取得了重要的运行结果,如实现了剥离注入与多圈注入、空心电子束对重离子束的冷却与累积、变谐波宽能区同步加速、等时性环型谱仪、RIBs的产生收集与ToF高分辨质量测量以及高能重离子束的变能慢引出等。     

HIRFL的辐照治癌终端

为了进行重离子束流的肿瘤治疗和生物效应的研究,HIRFL正在建造一个辐照治癌终端.主要介绍了该终端的束流制备方法和束流线的布局、性能参数和束流光学设计计算结果. A new experimental terminal is being constructed at HIRFL for research program of proton and heavy ion therapies and irradiation effects of living things . The beam preparation method and the layout, performance and beam optics calculation of the beam line are presented.     

A particle-in-cell mode beam dynamics simulation of medium energy beam transport for the SSC-Linac

A new linear accelerator system, called the SSC-Linac injector, is being designed at HIRFL (the heavy ion research facility of Lanzhou). As part of the SSC-Linac, the medium energy beam transport (MEBT) consists of seven magnetic quadrupoles, a re-buncher and a diagnose box. The total length of this segment is about 1.75 m. The beam dynamics simulation in MEBT has been studied using the TRACK 3D particle-in-cell code, and the simulation result shows that the beam accelerated from the radio frequency quadrupole (RFQ) matches well with the acceptance of the following drift tube linac (DTL) in both the transverse and longitudinal phase spaces, and that most of the particles can be captured by the final sector focusing cyclotron for further acceleration. The longitudinal emittance of the RFQ and the longitudinal acceptance of the DTL was calculated in detail, and a multi-particle beam dynamics simulation from the ion source to the end of the DTL was done to verify the original design.     

HIRFL与CSR的匹配研究

国家重大科学工程HIRFLCSR冷却储存环计划主环CSRm利用已有的HIRFL作为注入器,为了更好地利用HIRFL加速器的能力,对这两台加速器的匹配在原来的初步考虑的基础上进行了较为详细的研究,提出了分别利用HIRFL自己的注入器SFC单独注入到CSR以及SFC加上主加速器SSC注入到CSR的两套方案,既可以提高HIRFL与CSR的总传输效率,又可以在SFC与CSR联合运行的同时使SSC与另建的小回旋加速器组合加速质子,从而充分提高HIRFL的运行效率.     

在HIRFL上的中能重离子物理基础和应用研究

本文总结了三年来在兰州重离子研究装置(HIRFL)上进行的科研工作和取得的成果.简单介绍了HIRFL 的工作状态、次级束流线与ECR 离子源的发展、中能重离子引起的反应研究、热核与远离β稳定线核素的合成与研究和重离子束的应用等. A The scientific activities and achievements made at the Heavy Ion Research Facil- ity Lanzhou (HIRFL) during the past three years are summarized.In addition to the brief in- troduction of the operation status of HIRFL and the development of the secondary beam line and an ECR ion source,the paper describes the experimental studies of intermediate ener- gy heavy ion-induced reactions,the investigation of hot nuclei,the synthesis and study of nuclei far from ...