复杂结构沿面闪络产生发展阶段模拟研究

以天光Ⅱ-A装置X-pinch负载腔为例，采用包含场致发射、二次电子倍增模型的三维模拟软件OPAL，对复杂结构中真空绝缘体沿面闪络的产生与发展阶段进行了模拟研究。模拟结果表明，阳极产生的二次电子在平行于绝缘体表面的电场分量的作用下从阴极座向大半径的运动，是导致沿面闪络的主要原因。并提出了阻断沿面闪络的方法及其原理。采用阻断沿面闪络的措施后，后续多次X-pinch负载腔放电实验证明，正常的回流电流增加了近20%，真空绝缘体上的沿面闪络得到了抑制。；     

紧凑型X-pinch装置探头标定

 介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒,构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,同时这两个探头需要进行在线标定。实验研究结果表明,该探头性能稳定、响应快,是测量负载电流与电压的理想工具。     

CYCIAE型回旋加速器负离子剥离引出的光学行为研究

为了CYCIAE型回旋加速器的剥离靶轴线及旋转角的概念设计,必须对负离子剥离后的光学特性进行研究,基于根据CYCIAE型回旋加速器剥离引出特点编制的程序CYCRS,计算了CYCIAE30加速器不同能量束流引出剥离点的位置,并与实际位置进行比较,证明计算所用的理论及方法是正确的,同时,考察了剥离后的束流空间运动的光学特性.在此基础上,确定了CYCIAE70回旋加速器能量为35—70MeV的束流引出剥离点位置.     

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.     

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.     

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。     

Vertical focusing study in the central region of the CYCIAE-100 cyclotron

The vertical focusing is one of the primary problems in the central region of cyclotrons. This focusing effect brought about by the magnetic field is inclined to be weak near the center of the machine due to the fact that the flutter is small, while the electric focusing forces incurred from the dee gaps become very strong. Since the electric focusing effect is dependent on the RF phase, we have proceeded to carry out analytical calculations and numerical simulation about the vertical focusing in the central region of CYCIAE-100, including magnetic focusing, electric focusing and the defocusing effect from the space charge effect. All the results have been used for the design of the central region for CYCIAE-100 and a good vertical focusing has been obtained.     

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.     

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.