强流AVF型騒旋加速器中的空间电荷效应和束晕

详细推导了AVF型験旋加速器中束团粒子在曲线坐标系中的动力学方程(考虑和不考虑空间电荷相互作用力两种情况).在假定动力学方程中各参数值的前提条件下,用Lunge-Kutta方法对考虑空间电荷时的动力学方程进行了数值计算.结果表明,束晕的形成和发展同样也是强流験旋加速器中束流损失的一个主要原因.但束晕形成的机制不同于直线加速器的情况,它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的.     

强流AVF型Hui旋加速器中的空间电荷效应和束晕

详细推导了AVF型Hui旋加速器中束团粒子在曲线坐标系中的动力学方程（考虑和不考虑空间电荷相互作用力两种情况）,在假定动力学方程中各参值的前提条件下,用Lunge-Kutta方法对考虑空间电荷时的动力学方程进行了数值计算,结果表明,束晕的形成和发展同样也是强流Hui旋加速器中束流损失的一个主要原因,但束晕形成的机制不同于直线加速器的情况,它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的。     

强流AVF型迴旋加速器中的空间电荷效应和束晕

详细推导了AVF型迴旋加速器中束团粒子在曲线坐标系中的动力学方程(考虑和不考虑空间电荷相互作用力两种情况).在假定动力学方程中各参数值的前提条件下,用Lunge-Kutta方法对考虑空间电荷时的动力学方程进行了数值计算.结果表明,束晕的形成和发展同样也是强流迴旋加速器中束流损失的一个主要原因.但束晕形成的机制不同于直线加速器的情况,它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的.     

紧凑型回旋加速器物理问题及调束技术

介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中,为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极,为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题,采用变气隙技术,从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究,结果表明,CYCIAE-100的极限流强为10 mA。     

紧凑型回旋加速器物理问题及调束技术

介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中,为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极,为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题,采用变气隙技术,从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究,结果表明,CYCIAE-100的极限流强为10 mA。     

直线加速器中的非线性空间电荷效应和发射度增长

直线加速器中束团的非线性空间电荷效应是引起发射度增长的重要原因之一.根据计算在屏蔽筒中非均匀分布京团的空间电荷效应的普遍方法,推导了直线加速器圆波导中几种非均匀分布束团的非线性场能公式,并给出数值计算结果.讨论了由非线性所引起发射度增长.     

直线加速器中的非线性空间电荷效应和发射度增长

直线加速器中束团的非线性空间电荷效应是引起发射度增长的重要原因之一．根据计算在屏蔽筒中非均匀分布京团的空间电荷效应的普遍方法，推导了直线加速器圆波导中几种非均匀分布束团的非线性场能公式，并给出数值计算结果．讨论了由非线性所引起发射度增长．     

强流加速器中束晕-混沌的延迟反馈控制

简要分析了延迟反馈法运用于束晕混沌控制的理论可行性并实现了5种不同的初始质子分布情形下强流加速器中束晕混沌的有效控制.控制律为线性,反馈量小,有利于技术实现和降低控制代价,可为强流加速器的工程实现提供参考. 关键词： 束晕-混沌 强流加速器 延迟反馈     

基于Geant4的回旋加速器束流动力学计算

针对回旋加速器的束流动力学设计,基于Geant4模拟研究,提供一种可行的数值模拟方法。通过电磁场仿真软件Opera建立相应的电磁场数据导入到Geant4中进行插值计算,利用Geant4自带的电磁场微分方程与微分方程求解器计算粒子的平衡轨道,振荡频率以及加速轨道。其结果表明:对于横向运动而言,Geant4的计算结果与传统数值方法计算结果趋于一致;对于轴向运动而言,由于磁场插值方法的差异性,二者有一定的区别,对于在加速过程中的非平衡粒子,其能量变化围绕平衡粒子振荡。对于束损,通过限制粒子的运动时间,轴向位移加快计算效率,加入电极碰撞的判定使模拟更趋近实际情况。     

非线性反馈控制强流加速器中的束晕—混沌现象

基于Poincare-Lyapunov定理, 应用定性分析,提出用非线性反馈法实现对束晕-混沌的控制。矩阵传输理论研究已发现：质子束的空间电荷效应导致质子束径向发散及束晕现象。因此, 构造一类正弦等形式的非线性反馈函数去抵消质子束空间电荷非线性效应。PIC数值模拟结果证实该方法的可行性,为实验提供一定理论依据。     

共振、混沌与束晕形成

研究强流束中的非线性共振、混沌与束晕形成的关系.给出强流束中非线性共振范围的表达式及其随束流空间电荷效应变化的数值结果和图表曲线,提出由非线性共振而激发的束晕形成的空间电荷效应极限,并分析束晕形成的过程.     

Effects of the Space Charge Forces and the Beam Halo in an AVF Cyclotron with Intense Beam Currents

The equations of motion of particles in an AVF cyclotron in a curvilinear coordinate system are derived for the cases with and without space charge forces. Assuming a set of the parameter values in the equations, numerical calculations are carried out by using Lunge-Kutta methods in the case with space charge forces. The results show that the formation of the beam halo is also a main reason of the beam losses, but the mechanism here is different from that in a linear accelerator. It is not given rise by resonance and chaos but the outward repellent motion and the vortex motion of the particles in the bunch.     

CSR空间电荷效应的研究

针对兰州重离子加速器冷却储存环的流强设计 ,对其空间电荷效应进行了讨论 .随着流强增高和发射度降低 ,束流自作用场效应 (空间电荷效应 )逐渐显现 .散焦的空间电荷力造成的粒子自由振荡频移和束流包络增长 ,带来了不稳定因素 ,这些不稳定因素就限定了储存环的流强极限.Cooler Storage Ring (CSR), an upgrading program planned at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), will supply beams with higher quality and intensity. Space charge effects should be considered due to this magnitude of intensity in CSR. The concept and some phenomena of space charge effects are discussed. Space charge intensity limit and space charge tune shift of normal CSR operation are given. It is of significance for the construction and operation of the future facility.     

低能强流质子束空间电荷补偿度研究(英文)

对于低能强流离子束来说,空间电荷效应的存在将导致束流发散、发射度增加等一系列问题,从而降低束流品质。幸运的是,当束流由离子源引出通过低能传输线时会与其中的剩余气体发生电离反应,产生二次电子与二次离子;二次电子在束流自身产生的电场作用下,在束流中积累并中和部分空间电荷,达到抑制空间电荷效应的效果。为了测量空间电荷中和程度,中国科学院近代物理研究所研制了一台三栅网式能量分析仪用以测量电离过程中产生的二次离子能量来间接计算空间电荷中和度。实验结果表明,对于40 keV, 18.5 mA的质子束,真空度为1.510*3 Pa 时得到最佳补偿度;真空度一定的情况下,空间电荷补偿度随束流流强增加而变大。For high-intensity low-energy ion beams, space charge effect is a main cause of beam divergence  and emittance growth. Fortunately, residual gas molecules in the drift space tend to be ionized and neutralize the beam space charge spontaneously. The level of Space Charge Neutralization (SCN)is measured through the detection of created secondary ion energy distribution in the beam region. A so-called non-interceptive Three-grid Energy Analyzer (TEA) has been designed and manufactured at Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP). This paper will present the detailsof the TEA detector and the application to diagnose proton beam SCN level in the Low Energy Beam Transport (LEBT) line. As a preliminary result, for an 18.5 mA proton beam a best compensating point appears at the vacuum pressure of 1.510*3 Pa. And the neutralization level is advanced with thegrowth of beam current in a constant vacuum pressure.     

Space Charge Effects in a Gas Filled Penning Trap

Mass selective buffer gas cooling is a technique used for ions that are stored in a Penning trap. The technique can be applied to all elements and the mass resolving power achieved has proven to be sufficient to resolve isobars. When not only a few but 10⁶ and more ions are stored at the same time, space charge starts to play a dominant role for the spatial distribution. In addition, the observed cyclotron frequency is shifted. This work investigates these effects by numerical calculations. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

为IBA C70回旋加速器设计研制的采用Cusp场型H-离子源与产生He束的ECR离子源的双束轴向注入系统

At the moment,a 70MeV cyclotron is under construction by the IBA company.This cyclotron will be able to accelerate H~- beam from a multicusp source and with a beam intensity in the range of 10mA at the source extraction.A He~(1 2 ) beam is also required.This beam will be produced by a PANTECHNIK ECR ion source(SUPERNANOGAN)with an extracted current of 1 to 2mA.In this paper the studies and design of the two sources with a common axial injection in the cyclotron are described.     

用于放射性核束设施驱动加速器的100MeV强流质子回旋加速器

中国原子能科学研究院得到批准建设HI-13串列加速器升级工程, 目前完成了该工程的初步设计.文章报告主工艺设备——100MeV强流质子回旋加速器的设计方案、设计特点, 总体设计结果及主要技术指标、关键设备(离子源、轴向注入线、中心区、主磁铁、高频系统、引出系统、诊断系统等)的简要设计结果等.