CiADS束流负载效应前馈补偿的仿真评估

在高功率超导质子直线加速器中，束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型，开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序，分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响，并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序，评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度，以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下，为满足超导腔中电磁场0.1%与在高功率超导质子直线加速器中，束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型，开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序，分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响，并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序，评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度，以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下，为满足超导腔中电磁场0.1%与$0.1^{\circ}$的幅相稳定度指标，前馈时序抖动的偏差不能超过0.79 μs，束流流强的直流偏差不能超过0.9%，并且给出了束流纹波的最大抖动幅值与纹波频率之间的关系。这些结果将为CiADS超导直线加速器相关子系统技术指标的确定提供依据。     

100 MeV质子束流品质诊断及剂量测量准确性评估方法研究

质子辐射生物学效应是太空放射生物学和质子束放疗研究的重要基础，可为空间环境下人员的危险性评估以及质子治疗优化设计提供科学依据。依托加速器建立相应的生物样本辐照技术是开展此类研究的前提条件。中国原子能科学研究院最近建立的100 MeV强流质子回旋加速器提供的中能质子束流为目前国内能量最高，特别适合用于太空放射生物学和质子治疗相关研究。本研究中，利用在束和离线等多种手段建立了中能质子束流诊断和剂量测量方法，对加速器引出的100 MeV质子照射野大小、均匀性等束流品质以及剂量测量系统准确性进行了分析和评估。结果表明，对光子剂量响应好的LiF(Mg, Ti)热释光探测器，对90 MeV质子同样具有良好的剂量响应关系，可作为中能质子剂量准确性评估的手段之一。在5.0 cm×5.0 cm照射野范围内，加速器引出的100 MeV质子束流的均匀性好于90%，在线剂量测量系统准确性好于93%，束流品质和剂量测量条件基本满足辐射生物学的要求，可为质子辐射生物学效应研究的开展提供可靠保障。     

碳离子在不同材料叶片的多叶光栅上产生的次级粒子研究

在碳离子放射治疗中，碳离子束与治疗头设备和患者身体相互作用产生的次级粒子可以到达患者体内的许多区域，在产生的次级粒子中以中子和$\gamma $射线的产额为最大。在不影响束流配送功能的情况下，减少碳离子放疗中产生的次级中子和$\gamma $射线对于降低放疗后出现的正常组织并发症及二次肿瘤风险有着非常重要的意义。本文利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了被动式束流配送系统下，400 MeV/u碳离子束照射到由不同材料叶片构成的多叶光栅(MLC)形成典型的10 cm×10 cm方形射野时，在水模体中产生的次级中子和$\gamma $射线所沉积的剂量及空间分布等。模拟结果显示:碳离子束通过MLC形成射野后在水模体中产生的次级中子主要分布在水模体的入射端，次级$\gamma $射线较为均匀的分布在整个水模体内，且较多分布在具有展宽Bragg峰(SOBP)射野在水模体中贯穿时的坪区。对于MLC叶片材料的选择，则需根据实际情况对叶片厚度以及次级粒子当量剂量的要求来确定。本文通过模拟研究不同MLC叶片材料产生次级粒子的情况，为被动式束流配送系统中MLC叶片及其他元件的材料选择提供了科学依据。     

磁铁快速安装准直方法在HLSⅡ升级改造中的应用

合肥光源进行重大升级改造(HLSⅡ)的磁铁安装准直工程要在有限的时间内对近120块各型磁铁进行安装准直调节。为了保证磁铁安装准直任务顺利完成,结合合肥光源自身特点,合理使用了多种测量仪器和软件,在元件坐标系下直接进行磁铁安装准直,极大地提高了工作效率和安装精度。在经过先后三次准直安装调节后,所有磁铁均安装准直就位,定位精度达到预定要求。     

BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。     

用于神光Ⅲ主机燃料面密度诊断的下散射法探测系统的准直设计

在惯性约束聚变实验中,用下散射法诊断燃料面密度对本底的屏蔽要求较高。分析了神光Ⅲ主机纯氘燃料靶在实际诊断环境中产生的本底辐射场,通过蒙特卡罗方法得知测量点处散射本底主要来源于初级中子与真空腔室、周围诊断平台、天花板和地板的作用。据此分析选取合适的材料和屏蔽方案。通过模拟计算,得到尺寸优化后的准直器设计方案,该方案达到了实验要求。     

S波段束流相位探测腔与偏心式波导耦合预聚束器的设计

设计了工作于S波段的波导耦合型预聚束器和束流相位探测腔。为了增加功率容量,预聚束器采用波导耦合机制代替了传统的同轴耦合环耦合,而偏心圆结构的设计能够补偿因耦合窗口的引入导致的径向电场不对称,进一步改善了强流束流品质。预聚束器设计指标与测试结果:耦合系数1.73,空载品质因数2195,腔体谐振频率的可调范围为2 854.55~2 856.9 MHz。为实现测量束流相对射频脉冲的时间,进行强流输入功率补偿,选择了能够在线进行束流相位实时测量的束流相位探测腔,采用旋转对称结构,并通过两个同轴耦合环提取束流通过时激发的感应信号,作为直线相控系统的参考信号。束流相位探测腔设计与测试结果:空载品质因数2392,3dB带宽为2.05MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45MHz。所有器件的仿真设计与测试结果基本一致。     

高能同步辐射光源验证装置振动线准直系统结构设计

振动线准直技术是为了满足新一代同步辐射光源对超低发射度的要求而正在研究的准直技术。新光源要求磁铁具有极高的准直精度,同一支架上的磁铁间准直精度要求小于±30μm。介绍了高能同步辐射光源验证装置振动线准直系统的设计,描述了振动线准直系统的具体机械结构方案、电路结构方案和运动控制与数据采集方案等。     

ADS注入器ⅡCry Module的低温准直测量技术

作为ADS注入器Ⅱ的关键元件,Cry Module由于其无法通视和超低温特性,是超导直线加速器准直中的重点与难点.提出由激光跟踪仪和测微准直望远镜协同准直冷质量组件.设计测微准直望远镜所用十字丝目标及其支架.成功安装冷质量组件,监测了两次低温实验时的位移.常温安装精度达到0.15mm,低温监测精度达到0.5mmm.目前ADS-Cry Module已通过专家组的水平测试验收,技术指标优于国际上的最好水平.     

离子束流剖面分布离线诊断方法探索

提出了一种基于二次离子质谱分析技术的离子束流剖面分布的离线诊断方法,具有分辨率高、可同时给出束流剖面分布和成分信息的特点。利用数值模拟方法对该诊断方法的可行性进行了分析和讨论,并结合原理实验给出了验证结果。结果表明:该方法可以用于真空密封型中子发生器离子束流剖面分布的诊断,能够成为其他诊断方法的验证手段和有力补充。