中国散裂中子源磁铁系统和样机研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)快循环同步加速器(Rapid Cycling Synchrotron, RCS)磁铁由24块二极磁铁、48块四极磁铁、16块六极磁铁和若干斜四极磁铁以及校正磁铁组成, 其中二极磁铁和四极磁铁是带直流偏置的25Hz正弦交流励磁, 铁芯和线圈导体将产生不可忽视的涡流效应. 为了积累批量生产磁铁的制造经验, 探索磁铁后期处理和磁场测量方法, 已完成了中空水冷铝绞线试样线圈的研制, 启动了二极磁铁和四极磁铁样机的研制. 本文将对相关进展进行介绍.     

中国散裂中子源旋转线圈测量系统研制

中国散裂中子源(CSNS)加速器主要由一台直线加速器、一台快循环加速器以及低能、高能输运线组成。针对CSNS加速器部分直流磁铁研制了一套旋转线圈测量系统。对系统的研制方案、功能、精度、完成的磁铁类型以及部分测量结果进行介绍。该系统解决了CSNS批量磁铁之间的不同中心高度、质量、有效长度、磁场强度的兼容性难题。经过测试运行,积分场测量重复性误差好于±0.02%,空间谐波重复性误差好于0.005%,磁中心测量重复性误差好于±0.03 mm,顺利完成了中国散裂中子源工程150台多种类型磁铁的检测任务。     

中国散裂中子源小角中子散射谱仪探测器研制

中子小角散射探测器是小角散射（SANS）谱仪的关键设备之一,探测器要求有足够大的探测面积、较高的探测效率及较好的空间分辨率,能够在真空腔中稳定地工作并可在腔体内前后移动。综合考虑,SANS探测器采用120只8 mm直径位置灵敏3He管,组成有效面积1 000 mm（X）×1 020 mm（Y）的二维探测器阵列。探测器阵列分为10个模块,每一个模块功能完全独立,包括12只3He管及其对应的读出电子学和数据获取系统。读出电子学位于探测器背面的回字形密闭腔体内,由CSNS电子学组自主研发。SANS探测器从设计、选型、样机、调试到安装历时三年,中子束流实验结果显示探测器探测效率大于50%（@2Å）,空间分辨率好于10 mm（FWHM）,完全达到设计要求,目前正在中国散裂中子源小角散射谱仪运行使用。     

中国散裂中子源直线加速器束流流强测量系统

介绍了中国散裂中子源(CSNS)直线加速器(Linac)采用的自主研制的束流变压器(BCT)系统。根据CSNS Linac的束流参数、加速器管道的横向孔径和纵向空间,专门设计了BCT进行束流宏脉冲流强的测量。在CSNS Linac试运行阶段成功地测量到了负氢粒子束流的宏脉冲信息,给调束运行提供了有利的保障和支撑。     

中国散裂中子源工程材料中子衍射谱仪尖嘴型中子准直光阑的研制

中国散裂中子源（CSNS）工程材料中子衍射谱仪（EMD）的样品非常大,且形状各异,有些样品甚至是曲面的,中子准直光阑（狭缝）要靠近这些异形构件,需要设计成尖嘴型。狭缝的主要作用是给样品测试提供所需要的束流尺寸,并保证束流尺寸精度很高,束流没有太多杂散中子。工程材料中子衍射谱仪的尖嘴型狭缝为连续型,开口可以根据实验需求进行变化。狭缝采用双导轨结构,定位精度高,重复定位精度优于10μm,绝对定位精度优于30μm。狭缝刀片采用富集碳化硼,较大程度减小了刀片的厚度,可以有效降低狭缝悬臂结构的变形量,保证狭缝有足够长度的尖嘴,能够接近异形构件,特别能够深入到长管内部,提高了工程材料中子衍射谱仪的实验能力。狭缝采取双重安全设计：导轨互换系统和防撞结构,可以有效防止狭缝在使用过程中被大件样品撞坏。该狭缝已经应用到中国散裂中子源工程材料中子衍射谱仪的实验测试,为残余应力测量做出了重要贡献,它的应用为国内外尖嘴型狭缝的设计提供了非常重要的参考。     

中国散裂中子源直线输运线束流位置测量系统

介绍了针对中国散裂中子源(CSNS)的直线到环输运线(LRBT)所设计的条带式束流位置测量(BPM)系统,探头方案以条带式电极为基础进行物理设计及参数优化,并通过机械标定减少机械加工误差,电子学选用商用数据处理方案。此系统在加速器实际运行中有效提供位置信息,对在线测量数据采用奇异值分解(SVD)进行分析,根据分析结果,对束流轨道测量的精度达到预期设计目的,满足物理调束需求。     

CSNS/RCS引出系统快脉冲冲击磁铁的磁场仿真和结构设计

中国散裂中子源快循环同步加速器引出系统快脉冲冲击磁铁,由分组安装于三个真空箱内的8台磁铁组成。对冲击磁铁进行磁场仿真和结构设计,并使用仿真软件进行优化。仿真结果表明:磁铁中心场60%宽度内的磁场均匀性达到0.7%,满足物理设计要求。同时,对两台磁铁间距大小与互感的关系进行模拟计算和分析。磁铁结构设计中,针对原样机中出现的铁芯不能可靠固定问题,进行修改和完善,并且设计出了一种简单实用的多螺栓滑动支撑结构,可使多台磁铁平稳推入真空箱内,同时完成多台磁铁的准直和固定。     

CSNS/RCS引出系统快脉冲冲击磁铁的磁场仿真和结构设计

中国散裂中子源快循环同步加速器引出系统快脉冲冲击磁铁,由分组安装于三个真空箱内的8台磁铁组成。对冲击磁铁进行磁场仿真和结构设计,并使用仿真软件进行优化。仿真结果表明:磁铁中心场60%宽度内的磁场均匀性达到0.7%,满足物理设计要求。同时,对两台磁铁间距大小与互感的关系进行模拟计算和分析。磁铁结构设计中,针对原样机中出现的铁芯不能可靠固定问题,进行修改和完善,并且设计出了一种简单实用的多螺栓滑动支撑结构,可使多台磁铁平稳推入真空箱内,同时完成多台磁铁的准直和固定。     

CSNS引出冲击磁铁脉冲电源设计

从脉冲电源参数计算, 电源整体设计, 脉冲形成网络(PFN)设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况, 提出一种新型的低阻抗PFN设计方法, 给出了脉冲电源和PFN的参数, 利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5kV情况下磁铁的励磁脉冲电流波形, 励磁电流脉冲幅值达到5.8kA. 结合仿真结果, 分析了不同PFN节数和传输电缆长度对磁铁电流波形的影响.     

CSNS引出冲击磁铁脉冲电源设计

从脉冲电源参数计算,电源整体设计,脉冲形成网络(PFN)设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况,提出一种新型的低阻抗PFN设计方法,给出了脉冲电源和PFN的参数,利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5kV情况下磁铁的励磁脉冲电流波形,励磁电流脉冲幅值达到5.8kA.结合仿真结果,分析了不同PFN节数和传输电缆长度对磁铁电流波形的影响.     

Fabrication of Liquid Helium-Free Superconducting Magnet for Millimeter Wave Gyrotron

A liquid helium free superconducting magnet was designed and fabricated and for an application to a millimeter wave gyrotron and a peniotron. The magnet generates a magnetic field of 5T in a 100mm room temperature bore and has been continuously working for more than 5,400 hours without troubles.The magnet system was applied to the millimeter wave gyrotron experiments to confirm the stability of the magnet. In the experiments, stable operations of the gyrotron were achieved in the frequency range of 30 - 133GHz.     

中国散裂中子源/快循环同步加速器电源系统数字化控制方案

在中国散裂中子源工程中, 需要设计1台1.6GeV快循环同步质子加速器. 加速器的磁铁电源系统驱动9套怀特电路. 这9套电源的输出都是带直流偏置的交流电流源. 在每个重复加速周期内, 电流(磁场)必须保证相位和幅值精度. 数字控制技术的可靠性、温度漂移抑制、高集成性等等使得它在越来越广泛地应用于控制电路的设计中. 为了达到中国散裂中子源电源系统苛刻的指标, 本文提出了一种数字化控制方案.     

中国散裂中子源RFQ的热分析

射频四级场(RFQ)加速器的水冷具有以下两种功用: 首先它可以把射频场发热带走, 维持RFQ腔的热稳定性及限制RFQ强体形变幅度; 其次, 当RFQ失谐时, 它还可以用来进行RFQ的调谐, 而同时又基本不影响RFQ的射频场分布. 由于RFQ粒子的传输效率对射频场的分布极其敏感, 在RFQ的运行中不再采用传统的用调谐器对RFQ进行调谐的方法. 本文通过热分析, 确定了RFQ加速器的水冷管道的数量和布局及最佳工作水温; 确定了RFQ失谐时, 如何利用水温变化来对RFQ进行调谐的方法.     

Status of CSNS H-ion source

A new H-ion source has been installed successfully and will be used to serve the China Spallation Neutron Source(CSNS). In this paper, we report various components of the ion source, including the discharge chamber, temperature, cooling system, extraction electrodes, analyzing magnet, remote control system and so on.Compared to the previous experimental ion source, some improvements have been made to make the ion source more compact and convenient. In the present arrangement, the Penning field is generated by a pair of pole tip extensions on the 90°analyzing magnet instead of by a separate circuit. For the remote control system, F3RP61-2L is applied to the accelerator online control system for the first time. In the running of the ion source, a stable pulse H-beam with a current of 50 m A at an energy of 50 ke V is produced. The extraction frequency and pulse width is 25 Hz and500 μs, respectively. Furthermore, an emittance scanner has been installed and measurements are in progress.     

BEPCⅡ磁铁电源控制系统

BEPCⅡ约有460台磁铁电源分布在储存环和输运线上. 绝大部分电源要求万分之一的控制精度和稳定度, 只有二极磁铁电源要求十万分之五的控制精度和稳定度. 所有电源均采用SNS电源控制器PSC/PSI进行控制. 在将PSC/PSI用于BEPCⅡ磁铁电源的控制之前, 搭建了PSC/PSI控制样机, 对电源工程样机进行了开关机、升降电流的控制, 并对PSI的DAC/ADC控制精度和稳定度进行测量, 结果证明其控制精度和稳定度均满足要求. 采用PSC/PSI的优点是控制硬件相同, 软件相同, 系统集成简单, 便于安装. 从而缩短控制系统研发周期, 节约人力资源. 介绍了BEPCⅡ储存环和输运线磁铁电源PSC/PSI控制系统体系结构和功能、电源控制软件的开发以及所取得的阶段性进展.