低能强流离子束输运实验台控制系统的研制

介绍了一种基于Siemens S7-300 PLC的计算机控制系统, 用于对北京大学重离子物理研究所低能强流离子束实验台设备的自动控制和束流监测. 该系统通过PROFIBUS-DP过程现场总线完成主站和从站的数据交换和分布控制, 上位机采用Siemens WinCC软件集中监控, 实现可视化过程控制、数据记录和保存、报警和自动保护、远程控制和数据通信等功能. 本文着重阐述在离子束输运装置对控制系统基本要求的基础上, 如何选择系统结构并确定系统方案, 以及对现有设备的自动化改造、软硬件的合理配置、可视化人机操作界面的设计.     

低能强流离子束输运实验台控制系统的研制

介绍了一种基于Siemens S7-300 PLC的计算机控制系统,用于对北京大学重离子物理研究所低能强流离子柬实验台设备的自动控制和束流监测.该系统通过PROFIBUS-DP过程现场总线完成主站和从站的数据交换和分布控制,上位机采用Siemens WinCC软件集中监控,实现可视化过程控制、数据记录和保存、报警和自动保护、远程控制和数据通信等功能.本文着重阐述在离子束输运装置对控制系统基本要求的基础上,如何选择系统结构并确定系统方案,以及对现有设备的自动化改造、软硬件的合理配置、可视化人机操作界面的设计.     

辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法

本文研究辐射输运和电子能量耦合方程组的数值方法. 在具有光性厚特征的应用问题中,这两类方程的耦合源项表现出强刚性,使得设计稳健高效的数值格式陷入困难.针对辐射输运多群模型和电子能量的耦合方程组的刚性源项,我们给出一种基于电子温度变化规律拟设（ansatz）的积分算法,其时间步长不受刚性源项限制,从而使得计算效率比传统显式方法或隐式非线性迭代获得本质的提高.在所基于的拟设有效时,算法确保给出具有物理意义的解,数值算例显示其给出的解具有较高的精确度.     

北京慢正电子强束流磁场输运系统设计研究

针对基于北京正负电子对撞机的慢正电子强束流系统对输运磁场的设计要求,本文对不同规格的磁场输运线圈模型、长螺线管端口处磁场的补偿以及地磁场和弯管道对正电子束流的影响等进行了计算,提出适用于本系统传输慢正电子束流的输运磁场分布、补偿线圈、调整线圈的加工参数,计算表明,系统的总体磁场不均匀度小于10髎.实际运行束流测试表明,所设计的磁场系统能够很好的将慢正电子束流输运到约16m远的样品测量室,慢正电子束斑尺寸基本没有变化,满足慢正电子束流系统的设计要求.     

“神龙一号”加速器束流输运系统研制

文章系统介绍了“神龙一号”直线感应加速器束流输运系统的研制过程和取得的成果, 重点阐述了螺线管线圈、二极校正线圈、多功能腔等关键单元部件的设计、传输元件的磁轴测量和准直安装、束线的总体布局、束流调试等研究内容. 束流调试结果表明, 该束流传输线的设计是成功的, 并且具有较宽的动态适应范围. 最后, 结合束流调试的经验, 提出了一些建议供以后工作参考.     

一种用于C-ADS 低能束流传输线束流强度控制的新型可调限束光阑

为了实现超导直线加速器束流强度的连续可调,并满足加速器在线稳定可靠运行,针对我国加速器驱动次临界系统(C-ADS)低能束流传输线(LEBT)的束流强度调控,提出了一种新型的可调限束光阑。可调限束光阑采用两个相对旋转的镜像对称转芯,转芯的孔径在某一范围内可以实现连续变化,以刮除不需要的外部粒子,提高束流品质,降低束损,最重要的是可实现束流强度的在线连续可调,并满足圆形束的要求。仿真和试验结果表明,在0～10 mA范围内,可以有效地卡掉不需要的外部粒子束流,并实现束流强度的在线连续调节。该装置为质子直线加速器提供了一种方便的束流调试方法,能够满足ADS直线加速器稳定可靠的在线运行。     

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.     

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.     

神龙1号加速器束流输运系统研制

神龙1号直线感应加速器由注入器输运段、加速段、聚焦段等3个部分组成。整个束传输线从阴极发射面算起到轫致辐射靶结束，全长约48m，其间数千安培的强流脉冲电子束经过约170mm的二极管加速区，电子能量达到约3．6MeV，再经过4．5m的无加速场漂移区到达注入器出口，随后进入到长38．5m的加速段，在加速段出口时电子能量不低于18MeV；然后进入到长约3．8m的无加速漂移段，经过调整后通过两级磁透镜的聚焦将电子束聚焦到轫致辐射靶上产生X射线。整个束传输线使用了100多个螺线管线圈（包括两个磁透镜）约束电子束的横向发散，     

BPL 750keV束流输运系统的物理设计和空间电荷效应研究

本文阐述了北京质子直线加速器(BPL)750keV束流输运系统的物理设计和束流空间电荷效应的研究. 该系统已于1982年12月建成出束, 秀镜系统的传输率达到了66.7%(输入120mA, 输出80mA); 1983年启用了第一个聚束器, 聚束效率稳定在60%左右.     

束流输运理论的新表述

通过表象变换，导出了由Ｔｗｉｓｓ参数描写的量子力学相空间分布函数ｐ＿ｓ（ｐ、ｑ、ｔ），它可用于处理束流输运理论。由于它解自Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程，因而对非线性力束流输运问题又提供了一条新途径，对光束传输来讲，也为几何高斯光学引进衍射修正提供了可能。     

一种强指向性基阵的设计及声场计算

提出了一种新的基阵:将90个小圆环分布于半径不同的5个同心圆周上,对每个小圆环采用了抛物型的振速加权。通过改变阵元尺寸、间距等参数研究了声场特征的变化。计算结果表明,该基阵模型具有非常高的指向性和抑制旁瓣的能力。通过优化阵元组合方式和参数,可获得最佳的声压分布效果。     

用于强流中子发生器的低能束流传输线的设计模拟

兰州大学设计研发的ZF-400强流中子发生器设计D-T中子产额6×1012 n/s,主要由ECR离子源、低能束流传输线（LEBT）、加速管、旋转靶等部分组成。LEBT负责将从离子源引出的束流进行分析聚焦并注入到加速管中。LEBT对束流的聚焦及分析的好坏程度决定了加速管中束流的损失程度、中子的产额以及靶的寿命。本工作就该强流中子发生器所需的低能传输线进行了设计。使用螺线管、分析磁铁和四极透镜组合的方案。利用TRACK软件对此方案进行模拟,得到符合要求的束流线及元件的参数。用TraceWin进行了验证模拟,验证结果符合要求。另外,通过软件模拟确定了杂质离子损失的位置,据此设计了束流管道冷却方案。通过模拟发现,这种透镜的组合方式可以让整个LEBT以较低的功率获得低损失、高纯度的打靶束流。The ZF-400 Intense Neutron Generator, which is designed by Lanzhou University with an expected neutron yield of 6×1012 n/s, is consist of ECR ion source, low energy beam transport (LEBT) line, accelerating tube and rotating target. The beam extracted from ECR source is analyzed and focused through LEBT, then, the beam is introduced into the accelerating tube. The focus and analysis ability of LEBT is very important for the beam loss, neutron yield and target's life. A LEBT line for intense neutron generator is designed in this paper, the project consisted of a solenoid, a bend magnet and three quadrupole lens. The qualified LEBT and its parameters have been got through the simulation with TRACK code. Then TraceWin program was employed to check this simulation and the result satisfied our requirement. Besides, the loss position of impurity ions was known through the simulation, and a project of beam line's cooling system was designed according to this result. Through the simulation, we find the optimal lens combination plan which can obtain lower beam loss and higher beam purity at low running power of LEBT.     

北京质子直线加速器35.5MeV应用束流输运系统的设计和调试

本文阐述了北京质子直线加速器35.5MeV应用束流输运系统的物理设计和调试结果. 该系统于1986年12月建成出束, 经初步调试, 束流传输效率高达88%—93%.     

低能强流离子束在加速-减速系统中传输特性的数值计算方法

本文介绍了对于强流离子束在加速-减速系统中传输特性的有效的二维数值解方法。我们要求如下的数值解:(1)非线性泊松方程。(2)非相对论的离子运动方程。(3)离子流连续性方程。因为几何边界的复杂性。采用有限元方法求解方程(1),计算机程序己编制好。给出空间电位分布,离子轨迹和空间电荷密度分配的自洽解。方法对于研究强流离子束在加速-减速系统中传输问题是适用的,特别是对于高强流离子注入设备、强流离子束外延机、强流离子发生源等等都是适用的。     

推导输运系数的又一种方法

给出了推导输运系数的又一种方法．     

一种强流脉冲电子束入射角等效计算方法

对电子束能量沉积剖面的变化规律进行了解释,给出了由能量损失函数和能量沉积效率函数之积表示的定性的能量沉积函数表达式。在此基础上,给出了一种关于能量沉积剖面的电子束等效入射角计算方法,分析了方法所带来的影响和适用的范围,采用蒙特卡罗方法对等效结果进行了验证。证明该方法优于入射角的算术平均,尤其在靶材浅层与混合束符合较好。     

一种强流脉冲电子束入射角等效计算方法

对电子束能量沉积剖面的变化规律进行了解释,给出了由能量损失函数和能量沉积效率函数之积表示的定性的能量沉积函数表达式。在此基础上,给出了一种关于能量沉积剖面的电子束等效入射角计算方法,分析了方法所带来的影响和适用的范围,采用蒙特卡罗方法对等效结果进行了验证。证明该方法优于入射角的算术平均,尤其在靶材浅层与混合束符合较好。     

太赫兹FEL束流输运线传输效率及轨道校正计算

太赫兹自由电子装置注入束流输运线的束团有着较长的尾部。在束团尾部能散较大的粒子由输运线中的能量狭缝加以剔除,仅保留头部满足出光要求的粒子输入波荡器。利用Elegant的模拟计算表明在目前采用的输运线设计可以将束团有效部分的粒子完整地传输至波荡器。输运线所采用的磁铁的加工和安装误差会导致束流轨道的畸变,需要利用校正磁铁对束流的偏移加以校正。利用AT for MATLAB仿真计算结果表明,合理选择校正线圈的布局可以有效地校正束流偏差。     

太赫兹FEL束流输运线传输效率及轨道校正计算

太赫兹自由电子装置注入束流输运线的束团有着较长的尾部。在束团尾部能散较大的粒子由输运线中的能量狭缝加以剔除,仅保留头部满足出光要求的粒子输入波荡器。利用Elegant的模拟计算表明在目前采用的输运线设计可以将束团有效部分的粒子完整地传输至波荡器。输运线所采用的磁铁的加工和安装误差会导致束流轨道的畸变,需要利用校正磁铁对束流的偏移加以校正。利用AT for MATLAB仿真计算结果表明,合理选择校正线圈的布局可以有效地校正束流偏差。