Study on CYCIAE-100 radiation field and residual radioactivity

The accelerators should be properly designed to make the radiation field produced by beam loss satisfy the dose limits. The radiation field for high intensity H- cyclotron includes prompt radiation and residual radiation field. The induced radioactivity in accelerator components is the dominant source of occupational radiation exposure if the accelerator is well shielded. The source of radiation is the beam loss when cyclotron is operating. In this paper, the radiation field for CYCIAE-100 is calculated using Monte Carlo method and the radioactive contamination near stripping foil is studied. A method to reduce the dose equivalent rate of maintenance staff is also given.     

Study on CYCIAE-100 radiation field and residual radioactivity

The accelerators should be properly designed to make the radiation field produced by beam loss satisfy the dose limits. The radiation field for high intensity H^－ cyclotron includes prompt radiation and residual radiation field. The induced radioactivity in accelerator components is the dominant source of occupational radiation exposure if the accelerator is well shielded. The source of radiation is the beam loss when cyclotron is operating. In this paper, the radiation field for CYCIAE-100 is calculated using Monte Carlo method and the radioactive contamination near stripping foil is studied. A method to reduce the dose equivalent rate of maintenance staff is also given.     

Stripping extraction calculation and simulation for CYCIAE-100

A 100 MeV H- compact cyclotron is under construction at China Institute of Atomic Energy (CYCIAE-100). The proton beams of 75 MeV-100 MeV at an intensity of 200 μA will be extracted in dual opposite directions by charge exchange stripping devices. The crossing point at the switching magnet center is fixed inside the magnet yoke and the stripping points for various extraction energies are calculated by the code CYCTRS. With the code GOBLIN, we can calculate the transfer matrix including the dispersion effects from the stripping point to the switch magnet. The beam distribution just after stripping foil can be obtained from the multi-particle tracking code COMA and the extracted beam parameters after the switch magnet such as emittance, envelope, dispersion, energy spread, bunch length, etc. are given by the extraction orbit simulations.     

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.     

15—20mA负氢离子源的设计与加工

离子源是强流质子回旋加速器的核心设备之一, 它的性能指标对最终束流大小和质量都有重大影响. 文章介绍了一种运用于强流质子回旋加速器上的多峰场负氢离子源的设计与加工情况, 该离子源主要是通过深入研究高密度等离子体产生技术、长寿命大直流灯丝电子发射技术、磁约束技术、虚拟过虑技术、残留气体与电子剥离的控制技术, 以及离子引出技术等, 在中国原子能科学研究院原有10mA离子源基础上建立负氢离子源, 实验研究低能、强流束的实验匹配与调试技术, 将平均引出束流提高到15—20mA.     

基于PIC方法的二维束流动力学模拟程序及其初步应用

为了深入研究强流负氢束在强流质子回旋加速器CYCIAE-100轴向注入线中的传输, 利用split-operator方法分解外场和束流自身的空间电荷场的作用. 对外 场利用单粒子跟踪技术, 采用一阶线性近似; 对空间电荷场采用PIC方法, 利用 快速傅里叶变换求解Poisson方程. 用FORTRAN95语言开发了一个基于面向对象技术的二维宏粒子传输计算程序CYCPIC2D, 本程序可以计算任意分布的强流束在输运线上的传输.最后给出了对CYCIAE-100注入线的模拟计算结果, 并和程序ORBIT, TRACE 3-D的结果进行比对验证, 结果表明: 空间电荷效应在此注入线上有较大的影响, 而且3个程序计算的不同中性化的结果基本上一致; 束流强度达到几十毫安时, 基于PIC方法的两个程序CYCPIC2D和ORBIT的计算结果完全吻合, 而线性近似程序TRACE 3-D有明显差异.     

100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统

中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV,200 A的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。     

230 MeV超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制

在230 MeV超导回旋加速器中,磁场调节棒及其驱动系统是束流调试的重要辅助装置。为满足束流对中和束流引出所需的磁场,设计并研制了16套磁场调节棒及其驱动装置。机械执行机构采用美国Thomson公司的精密直线执行器,其重复定位精度为±0.01 mm,位置传感器采用德国Novotechnik公司的直线位移电子尺,其重复精度为0.002 mm。此外,运动控制采用PLC加直线位移传感器负反馈闭环的方案。在实际工况下,系统定位精度达到0.05 mm,重复精度达到±0.02 mm,优于设计要求。此外,对该系统进行了静电放电测试、电快速瞬变脉冲群测试和浪涌抗扰度测试,结果满足医用电气设备电磁兼容标准YY 0505-2012/IEC 6060 1-1-2:2004的要求。该驱动系统的研制,克服了在强电离辐射、高磁场强度、狭小安装空间的特殊环境中达到高定位精度和高重复精度的难点,对优化束流的径向进动、减小加速区域的相干振荡振幅、提高引出区的束流引出效率等具有重要意义。     

强流回旋加速器综合试验装置的磁场测量与垫补

强流回旋加速器综合试验装置的主体是一台紧凑型回旋加速器,加速器主磁铁材料的不均匀性,磁铁加工和安装的非理想因素将引起中心平面的磁场的非理想分布,因此有必要对其中心平面的磁场进行测量和垫补.本文主要讲述该综合试验装置的霍尔感应磁场测量系统的设计和使用;通过磁场测量数据分析进行镶条的再加工,最终实现对等时性磁场和束流的纵向聚焦的垫补;研究与实践了一种对磁场一次谐波进行垫补的方法,垫补的结果满足了设计的要求.     

强流回旋加速器综合试验装置的磁场测量与垫补

强流回旋加速器综合试验装置的主体是一台紧凑型回旋加速器, 加速器主磁铁材料的不均匀性, 磁铁加工和安装的非理想因素将引起中心平面的磁场的非理想分布, 因此有必要对其中心平面的磁场进行测量和垫补. 本文主要讲述该综合试验装置的霍尔感应磁场测量系统的设计和使用；通过磁场测量数据分析进行镶条的再加工, 最终实现对等时性磁场和束流的纵向聚焦的垫补；研究与实践了一种对磁场一次谐波进行垫补的方法, 垫补的结果满足了设计的要求.