低能质子束产生感生放射性的蒙特卡罗模拟

质子束轰击探测器产生的感生放射性核素,将使探测器成为一个典型的外照射辐射源,针对感生放射性核素种类、活度的计算有利于辐射防护工作的开展。使用FLUKA蒙特卡罗程序,研究了低能质子束（20 MeV以内）轰击三种探头材料（铜、钽、钨）产生的感生放射性问题,得到探头材料在一定照射时间下的放射性核素活度及指定冷却时间后的剂量水平。研究结果表明,质子束轰击铜探头产生感生放射性的能量阈值最低（4~5 MeV）,而钨、钽探头与质子束产生感生放射性的能量阈值较高。相同照射时间下的钨、钽探头产生感生放射性总活度远低于铜探头,在冷却1 h后其放射性总活度降至最低。     

A simulation study of Tsinghua Thomson scattering X-ray source

Thomson scattering X-ray sources are compact and a?ordable facilities that produce short duration, high brightness X-ray pulses enabling new experimental capacities in ultra-fast science studies, and also medical and industrial applications. Such a facility has been built at the Accelerator Laboratory of Tsinghua University, and upgrade is in progress. In this paper, we present a proposed layout of the upgrade with design parameters by simulation, aiming at high X-ray pulses flux and brightness, and also enabling advanced dynamics studies and applications of the electron beam. Design and construction status of main subsystems are also presented.     

BTF加速器物理设计

北京X射线自由电子激光试验装置(BTF)将“寄生”在BEPCⅡ直线注入器这一国内能量最高, 性能最好的电子直线加速器上.BTF将弃用现有直流枪予注入器, 采用光注入器(photoinjector)经低能输运线斜注入到BEPCⅡ直线加速器主加速器, 同时拆掉三节加速管以安装两级磁压缩器, 并在A46后拆掉二节加速管引出束流, 经高能输运线后进入波荡器.模拟结果表明改造后的直线加速器BTF电子能量可达1.18GeV、能散0.15%、归一化发射度小于2.5mm.mrad.     

基于汤姆逊散射的X射线光源的物理问题研究

针对汤姆逊散射X射线光源,推导了任意散射角下出射X射线的时间结构、产额,分析了位置和同步偏差、发射度、能散等非理想因素的影响.     

强流束流偏角探测器模拟与测试

基于束流横向偏角与束流产生轴向磁场成正比的原理,设计了环状PCB结构的轴向B-dot探头,用于直接测量束流偏角。设计并搭建了标定平台对探头进行了测试,同时利用CST MWS程序对探头进行了建模计算。计算结果与实验结果一致,表明了轴向B-dot探头可直接应用于束流偏角测量。分析了影响探头频率适用范围的原因,并根据模拟计算结果给出了改进措施。该探测器在标定平台输入上升时间130ns,半高宽160ns的高压信号时,探头对偏角信号的响应灵敏度为314mV/(kA·mrad)。     

质子照相磁透镜的优化设计

 对质子照相系统中Zumbro磁透镜的参数进行了优化,使成像系统造成的图像模糊最小化,结果表明:构成Zumbro磁透镜的四极透镜对内外漂移段长度相等时,成像系统获得最小的图像模糊。对成像系统的视场进行了分析,表明视场对Zumbro透镜的参数不敏感。给出了质子能量为20 GeV时Zumbro透镜的参数,Geant4蒙特卡罗计算表明:所给的Zumbro透镜参数能正确成像。     

30 MeV电子束轰击旋转钽靶产生轫致辐射分析

提出了一种基于射频直线加速器的多脉冲X光照相系统,有望用于材料动态性能诊断等流体物理动力学研究。基于射频加速器的特点,该套照相系统能够产生时间跨度10 s以上、数个脉冲间隔可调、脉宽为几十至一百ns的脉冲电子束,产生电子束束斑半高宽尺寸小于1 mm。通过蒙特卡罗模拟程序Geant4,分析计算了特定的几何布局以及不同厚度及电子束束斑条件下,电子束打靶后在靶中的能量沉积,靶中的电子束散射对X光焦斑的影响,以及1 m处的照射量,探讨了这套X光照相系统的应用可行性。结果表明,在30 MeV,400 nC电子束轰击厚度为1 mm的靶条件下,1 m处照射量约为9.1 R,靶厚在1~2 mm范围内并未引起X光焦斑的明显增大。较小横向尺寸的电子束会引起靶体局部升温严重,将会制约脉冲数量;采用旋转靶能够提升脉冲数量,通过分析二维旋转靶的应力,分析了靶材升温以及钽/钽合金屈服强度对脉冲间隔的限制作用。     

医用回旋加速器回旋频率与磁场的调谐

高频谐振腔在回旋加速器实际运行过程中受束流负载、重力和热损耗引起的腔体变形等因素的影响,其谐振频率会发生一定的偏移,导致高频工作频率会随着谐振腔的谐振频率而变化.为满足等时性加速的要求,当高频工作频率发生改变时磁场强度也应进行相应的变化,即励磁电流的大小需要相应改变,使得粒子回旋频率与高频谐振频率相匹配以克服滑相.首先通过有限元仿真软件建立静磁场模型模拟不同励磁电流下回旋加速器的平均磁场,然后理论分析磁场与谐振频率的关系,最后得到励磁电流在小区间变化时与谐振频率的关系;根据计算的不同谐振频率对应的最佳励磁电流,完成励磁电流的自动跟频.在保证最大碳膜束流的情况下,实验得到不同谐振频率对应的最佳励磁电流,使理论得以验证.根据其关系实现了励磁电流自动调节,克服了滑相,保证了法拉第束流的稳定输出.该方法使得励磁电流能够快速、准确地寻找并跟踪谐振腔频率,克服了频率偏移导致的滑相,完成束流的稳定输出.     

基于螺线管扫描法进行电磁叠加场中热发射度测量的仿真分析

在一种猝发高重频的X射线自由电子激光（XFEL）装置中,由于受到光阴极注入器内补偿螺线管与电子枪之间特殊结构的限制,阴极附近电场与磁场为叠加状态。实验中需要对阴极热发射度进行测量,而测量热发射度常用的螺线管扫描法基于几何发射度不变的前提,无法直接应用于电磁场叠加的结构。针对这一问题,考虑到归一化过程可以剔除电场对发射度的影响,基于此,研究归一化相空间中应用的螺线管扫描法,并通过仿真计算与分析,最终证明该方法适用于电磁叠加场中阴极热发射度的测量。     

Penning型负氢离子源诊断

 为了给小型医用回旋加速器提供负氢离子,研制了一台Penning型负氢离子源。采用发射光谱法对该负氢离子源进行了诊断,同时结合离子源功率变化对离子源工作状态进行了分析。实验测量了不同氢气流量、离子源弧流及磁场条件下,该离子源等离子体氢原子巴尔末系中前三条谱线的相对光强和离子源功率变化,分析了不同工作条件对离子源工作状态的影响。结果表明：在可调节范围内,该离子源的工作状态主要受氢气流量的影响,对离子源弧流及磁场的变化不敏感。