利用模拟方法研究RFQ加速器中正、负离子束同时加速的动力学问题

在以时间为自变量的PARMTEQ程序的基础上,添加了另一带相反电荷的束流进行动力学计算,同时考虑了正、负离子束加速的空间电荷效应和束团间的作用.并针对特定结构参数的RFQ加速器,给出了双束加速的动力学模拟过程和结果.模拟计算的目的在于研究正、负离子束在RFQ加速结构中同时加速所引起的动力学问题.结果表明,正、负离子束同时加速有助于克服径向空间电荷效应,但在流强较大时,双束加速时,将会在纵向出现明显的异性电荷之间的“捕捉”(trap)现象,从而导致纵向粒子损失数目的增加.因此,为实现双束加速,必须专门重新设计RFQ加速器,使其传输效率高于单束,才能体现出双束加速的优越性     

Design of undercuts and dipole stabilizer rods for the CPHS RFQ accelerator

As part of the design and machining of the RFQ accelerator in the Compact Pulsed Hadron Source (CPHS) project at Tsinghua University, the design process of the undercuts and dipole stabilizer rods is presented in this paper. In particular, the relationship between the inter-vane voltage slope and the local frequency of the undercut section is described quantitatively. With the identification of modes existing in the cavity, the specific parameters are optimized by the SUPERFISH and MAFIA codes. In addition, the water-cooling requirement of the dipole stabilizer rods is briefly discussed.     

铁电阴极电子枪的初步实验研究

 设计加工了铁电阴极电子枪,给出了模拟计算及其初步实验结果。电子枪为皮尔斯枪型,采用顺电相陶瓷Ba0.67Sr0.33TiO₂作为铁电阴极材料,电子枪电压脉宽80 ns,幅值最大可达80 kV,设计电子枪导流系数为0.15×10^-6 A·V^-3/2。电子枪电压从30 kV逐步增大到56 kV,测量到其发射电流从0.7 A逐步增大到2.5 A。根据实验结果拟合得到的电子枪导流系数为0.2×10^-6 A·V^-3/2,与设计基本符合。     

束流在270°偏转磁铁系统输运过程中的损失计算

为计算医用加速器中束流经过270°偏转磁铁系统电子损失所造成的辐射剂量问题,将束流传输相应的计算公式和蒙特卡罗抽样方法相结合,在一阶近似条件下计算了电子在偏转系统中的输运过程,分析了不同初始条件对电子输运和电子损失的影响;模拟结果表明能散是产生电子损失的主要因素之一.计算得到了损失电子所处位置、能量和飞行方向等信息,把计算得到的信息作为蒙特卡罗程序的输入源,进一步计算出束流损失所产生的辐射剂量分布,从而能更完善地设计医用加速器照射头的屏蔽.文中给出在电子束初始半径为1mm、散角为5mrad、能散为10%条件下电子损失率为13.5%,损失电子主要是向加速器照射头部上方辐射出去.     

盘荷波导栏片圆弧对频率和尾场的影响

 利用变分法详尽地研究了X-波段盘荷波导中栏片圆弧对纵向模和横向模的影响,比较了不同栏片形状下加速模和横向模的频率与尾场。研究表明栏片形状对频率的影响较小,但对尾场的影响较大。在圆弧栏片和直边栏片两种情况下,最危险的EH₁₆模的尾场相差超过15%,因此栏片圆弧的作用是不能忽略的。     

束流在270°偏转磁铁系统输运过程中的损失计算

为计算医用加速器中束流经过270°偏转磁铁系统电子损失所造成的辐射剂量问题, 将束流传输相应的计算公式和蒙特卡罗抽样方法相结合, 在一阶近似条件下计算了电子在偏转系统中的输运过程, 分析了不同初始条件对电子输运和电子损失的影响；模拟结果表明能散是产生电子损失的主要因素之一. 计算得到了损失电子所处位置、能量和飞行方向等信息, 把计算得到的信息作为蒙特卡罗程序的输入源, 进一步计算出束流损失所产生的辐射剂量分布, 从而能更完善地设计医用加速器照射头的屏蔽. 文中给出在电子束初始半径为1mm、散角为5mrad、能散为10%条件下电子损失率为13.5%, 损失电子主要是向加速器照射头部上方辐射出去.     

SES微波脉冲压缩系统瞬态特性的模拟研究

 通过MATLAB编程，实现了储能切换（stored energy switch）方式产生高功率微波脉冲瞬态响应过程的模拟。程序可用于研究微波压缩系统的功率增益、储能转换效率及脉宽压缩比等主要指标与系统开关耦合腔的固有品质因数、输入与输出耦合系数的关系；并可用于对工作频率失谐、“开关”导通前的泄漏及“开关”启动时间的影响等进行分析，输出瞬态响应过程图像。     

高功率离子束在漂移管中的中性化传输

介绍了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束在漂移管中的传输实验。对比了采用中性化措施前后的传输情况，分析了中性化措施对离子束束斑半径、束流均匀性的影响。根据实测的二极管电压模拟得到了传输一定距离后的束流波形，与实测结果符合较好。采取适当的中性化措施后，高功率离子束可以有效传输80 cm以上，束流发散得到抑制，束流均匀性得到改善。     

相对论返波管注-波作用不稳定区的研究

 以环形电子注驱动的、正弦型周期慢波结构的相对论返波管（RBWO）为模型，理论推导出RBWO慢波结构的色散方程，画出了不包括和包括电子注的色散曲线，然后采用在复平面上绘制等高线图进行逼近的方法对注-波作用不稳定区工作频率的实部和虚部进行了求解，绘出了完整的包括电子注的慢波结构色散关系曲线，并估算了微波的时间增长率和能量转换效率。研究得出：当a（电子注电流参数）较大时，电磁波与慢电荷波的相互作用是不稳定的；而在a较小时，注-波相互作用具有明显的三波作用的特点；微波增长是通过注-波不稳定作用引起的；随着a的增大，微波时间增长率先增大后减小，在a为0.02时有最大值1.37，此时的能量转换效率为19%；增大电子注半径或慢波结构的波纹深度都可以增强注-波不稳定作用。     

The radio-frequency design of an iris-type coupler for the CPHS radio-frequency quadrupole

The Compact Pulsed Hadron Source (CPHS) project is a university-based proton accelerator platform (13 MeV, 16 kW, 50 mA peak current, 0.5 ms pulse width at 50 Hz) for multi-disciplinary neutron and proton applications. The CPHS linac consists of a 3 MeV radio-frequency quadrupole (RFQ) linac and a 13 MeV drift tube linac (DTL). Both the RFQ and DTL share a 325 MHz, 2.1 MW klystron source. A single iris-type radio-frequency (RF) coupler is used to feed 537 kW of RF power to the RFQ cavity. Three-dimensional electromagnetic models of the ridge-loaded tapered waveguide (RLWG) and the coupler-cavity system are presented, and the design process and results of the RLWG and iris plate are described in detail.