ILC正电子源靶接触热传导冷却技术的初步研究

国际直线对撞机（ILC）正电子靶沉积的热功率将超过20 kW,传统的冷却方式已无法满足要求。美国Argonne国家实验室提出了摩擦接触热传导冷却的方法。根据Argonne实验室的研究方案,设计了一种旋转摩擦接触冷却的简化装置,根据热传导理论,结合ANSYS软件模拟了旋转冷却过程中的温度分布,理论上验证了方法的可行性。按照模拟的参数和结果,进行了摩擦接触热传导冷却实验,通过实验结果和数据分析证实了,低温区（20℃~50℃）有良好的冷却效应,初步验证了摩擦接触热传导冷却方案的有效性。A new scheme that cooling international Linear Collider (ILC) positron source target by touching thermal conduction (TTC) is presented by Argonne National Laboratory (ANL).Recent results of simulation for cooling the iron targets with 300 and 450 W heat reservoir by ANSYS and experiment of cooling the iron target with 300 and 450 W friction heat reservoir at Institute of Modern Physics (IMP),Chinese Academy of Sciences (CAS),have proved that the TTC has good cooling effect in low temperature zone (20℃~50℃),and preliminarily verified the feasibility of TTC for cooling the ILC positron source target.     

消色散270°偏转磁铁系统设计及束流动力学研究

对三种常用结构的270°偏转磁铁进行系统的分析研究,采用数值计算和模拟方法对双磁铁不对称偏转结构、三块90°磁铁偏转结构和70°+130°+70°偏转结构这三种不同的270°偏转磁铁系统进行模拟,给出偏转系统的消色散传输条件,并且分析了束流包络在偏转系统和出口管道中的变化情况。经过分析对比,详细列出了三种结构的优势与劣势。双磁铁不对称结构适用于医用加速器,三块90°磁铁偏转结构适用于需要在出口长距离漂移的辐照加速器,而70°+130°+70°偏转结构可以满足出口一定距离的无损漂移,同时实现相对较低的成本,是工业辐照加速器较为经济适宜的选择。     

Areal density and spatial resolution of high energy electron radiography

Ultrafast imaging tools are of great importance for determining the dynamic density distribution in high energy density(HED) matter. In this work, we designed a high energy electron radiography(HEER) system based on a linear electron accelerator to evaluate its capability for imaging HED matter. 40 MeV electron beams were used to image an aluminum target to study the density resolution and spatial resolution of HEER. The results demonstrate a spatial resolution of tens of micrometers. The interaction of the beams with the target and the beam transport of the transmitted electrons are further simulated with EGS5 and PARMELA codes, with the results showing good agreement with the experimental resolution.Furthermore, the experiment can be improved by adding an aperture at the Fourier plane.     

325 MHz微波栅控高压型热阴极电子枪的设计研究

高重复频率、高平均流强的电子枪具有十分广泛的应用。设计了一台束团重复频率为325 MHz在CW模式工作的微波栅控高压型热阴极电子枪,并详细论述了该类型微波栅控电子枪的实验原理。在该类型电子枪的设计中,首先需要利用仿真模拟软件EGUN、POISSON（PoissonSuperfish）、GPT（General Particle Tracer）完成300 kV直流高压电子枪的结构设计,并进行束流动力学验证计算。为将微波馈入该直流电子枪的阴栅极之间,进行了该微波栅控电子枪的供电系统设计,完成了从射频功率源到同轴热阴极的阻抗匹配方案,设计了一种325 MHz双模式同轴供电器件,并进行了验证与分析。     

基于代数重建算法的高能电子三维成像研究

本工作将代数重建算法应用于新兴发展的高能电子成像技术开展三维成像研究,实现对样品靶物质内部结构信息的精确诊断。通过蒙特卡罗程序及粒子追踪程序模拟高能电子成像过程,包括电子束与靶物质相互作用过程,获得样品靶物质成像角度下的高能电子二维成像结果。利用代数迭代重建ART(Algebraic Reconstruction Technique)算法和滤波反投影算法分别进行了高能电子三维成像仿真测试,重建出靶物质的三维图像,并将两种算法重建的断层图像用图像评价指标进行了定量对比分析。结果表明:在投影角度数为180个的条件下,ART的重建结果更接近靶物质原图,能有效抑制伪影,图像保真度较高。为进一步验证模拟结果,展开了实际实验,得到的结论与模拟结果相同。本研究结果为后续高能电子三维成像重建算法的优化提供了依据。     

冷链食品包装箱表面消毒灭菌小型电子帘加速器的研制

研制了冷链食品包装箱表面辐照消毒灭菌成套装置,重点针对装置的核心部件小型电子帘加速器进行设计和调试,应用E-gun电子束轨迹跟踪程序对加速器的束流光学进行了计算,合理设计了栅极和聚焦极形状,获得了对束流包络的理想控制,应用多物理场仿真软件CST进行高压结构优化,使电子帘阴极表面高压区电场分布均匀,降低了打火几率。对电子帘加速器进行了整机调试,针对调试中出现的高压打火现象进行了分析,并给出了结构优化设计方案,使得最终调试主要技术参数达到了140 keV/20 mA,束流不均匀度小于10%。通过了连续8 h稳定性运行测试,达到了工业加速器辐照应用标准。     

低能强流电子加速器的研制

中国科学院近代物理研究所在现有DG系列电子加速器技术的基础上,通过改进加速结构,研制了一台低能强流电子加速器,其设计指标为500 keV/150 mA。该加速器采用高压发生器倒置的结构,并增加了中磁圆盘,提高了电能转换效率。采用了较短的加速管结构,有利于强流电子束的传输,同时使加速器整体更为紧凑。加速器束流调试结果为500 kV/170 mA,完全优于设计指标。     

冷链食品包装箱表面消毒灭菌小型电子帘加速器的研制

研制了冷链食品包装箱表面辐照消毒灭菌成套装置,重点针对装置的核心部件小型电子帘加速器进行设计和调试,应用E-gun电子束轨迹跟踪程序对加速器的束流光学进行了计算,合理设计了栅极和聚焦极形状,获得了对束流包络的理想控制,应用多物理场仿真软件CST进行高压结构优化,使电子帘阴极表面高压区电场分布均匀,降低了打火几率。对电子帘加速器进行了整机调试,针对调试中出现的高压打火现象进行了分析,并给出了结构优化设计方案,使得最终调试主要技术参数达到了140 keV/20 mA,束流不均匀度小于10%。通过了连续8 h稳定性运行测试,达到了工业加速器辐照应用标准。     

相干渡越辐射束团纵向分布重建方法

实验上通过相干渡越辐射（CTR）能谱分析法测量束团长度以及进行纵向束团形状重建已成为一种有效的束流诊断手段。通过迈克尔逊干涉仪测量太赫兹辐射能谱，通常实验所用探测器只能测量辐射的强度谱的幅值，且由于缺少相位无法直接进行束团形状重建。目前重建算法主要有Kramers-Kronig(K-K)相位分析法和代数迭代重建算法。利用这两种算法分别对高斯分布和带拖尾的高斯分布模型进行验证并进行了对比，其中K-K得出的重建结果存在一定的误差，迭代算法在解决重建反转歧义、重建噪声抑制等表现良好。同时利用这两种算法对兰州高能电子成像平台CTR实验结果进行了重建及分析，得出了对应的重建结果，为后续高能电子束成像平台的束流诊断反馈提供了一种参考手段。