ECR-SFC轴向注入系统聚束器效率的研究

为了减少目前SFC轴向注入系统中聚束器杂散电场对束流轴向注入效率的影响, 提高新系统中SFC的束流俘获效率, 参考原始设计, 对目前聚束器的电极结构进行了设计改进. 两种情况下的聚束器杂散场对注入效率影响的计算表明, 改进后0B02的聚束效率较目前有较大提高. 同时计算了束流空间电荷效应对聚束效率的影响, 据此对新SFC轴向注入系统中聚束器的位置进行了重新调整.     

SFC轴向注入系统和中心区的研究和设计

介绍了在HIRFL注入器SFC上进行的中心区、聚束器系统和轴向注入束运线的设计、加工和调试结果.中心区的设计采用了两种注入半径及相应的两套螺旋式静电偏转镜,解决了高频电压在某些工作区域偏低及三次谐波加速时轴向注入线上空间电荷效应较为严重的问题.新的锯齿波聚束器系统不仅可以提高聚束效率,而且还提出了采用半频聚束模式以提高SFC与主加速器SSC?的纵向匹配效率.新设计的轴向注入束运线配备了两台在线ECR离子源,提高了电荷态分辨能力和注入相空间匹配能力,在提高注入效率的同时还改善了离子源及束运线的工作环境和调束手段.     

低能质子束脉冲踢束器的物理设计

电子回旋共振(ECR)质子源产生的脉冲质子束脉宽通常在ms或亚ms量级,高梯度加速结构要求注入的质子束脉宽为100 ns或更短,需要一个脉冲踢束器将大部分不需要的束流踢开,留下所需的短脉冲质子束。设计的踢束器采用静电偏转方法,针对在研ECR质子源的束流参数,设计了脉冲踢束器的结构尺寸,使用ANSYS软件计算了踢束器的静电场分布情况,利用软件内置的CMATRIX宏提取了结构电容的数据,给出了对脉冲踢束电源的参数要求,讨论了踢束脉冲上升沿和产生的束流脉冲上升沿的对应关系。     

兰州重离子加速器综述

兰州重离子研究装置(HIRFL)是由离子源,注入器(扇聚焦回旋加速器,SFC)和主加速器(分离扇回旋加速器,SSC)组成的。由离子源产生的束流经过注入器SFC的预加速后,通过前束流线注入到主加速器SSC,束流在主加速器加速到最大能量后,由后束流线送到各个实验终端。本文首先介绍了HIRFL的建造过程、束流特性和主要结构。然后描述了SSC和束流线的调束过程、调束方法及运行状态。最后展望了HIRFL广泛的应用前景。     

高电荷态ECR离子源——LECR3

研制成功了一台新的高电荷态ECR离子源,该离子源主要为原子物理实验提供各种高电荷态离子束流,是基于中国科学院近代物理研究所14.5GHz高电荷态ECR离子源设计建成的,同时在该离子源中应用多种有利于提高束流强度的技术,设计时考虑到采用双频加热,试图通过试验双频加热模式来提高高电荷态离子的产额,并设计建造了一套束流聚焦分析系统,以提高电荷态分辨率和束流传输效率.     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ束测系统（英）

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ,包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔,注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要,注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量,以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。     

国产首台交变相位聚焦漂移管加速器的冷测与试运行

质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑,上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程,掌握质子放疗关键技术,保证产业链安全可控,注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振（ECR）离子源和四翼型射频四极加速器（RFQ）的技术方案,并在漂移管加速器（DTL）段创新性地采用了交变相位聚焦（APF）结构。在这个过程中,通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想,自主开发了APF DTL的底层物理设计软件,相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作,最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析,认定束流中心能量为6.975 MeV,动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。     

BEPCII次谐波聚束系统物理公差要求的研究

 为了进一步提高束流品质并逐步采用双束加速技术, BEPCII直线加速器准备采用带有两个次谐波聚束器的双次谐波聚束系统。目前, 该次谐波聚束系统的物理设计和优化已经基本完成。由于新设计的双次谐波聚束系统很不同于BEPCII现有的聚束系统, 因此, 就要求对聚束系统中存在的各种抖动(jitter)效应重新进行研究。 使用多粒子模拟计算程序PARMELA对电子枪的高压抖动和定时抖动、次谐波聚束器的相位抖动以及功率抖动、聚束器中加速电场相位以及A0加速管(俘获加速节)中加速电场相位的抖动等效应进行了研究, 并最终确定了聚束系统中各部件的物理公差要求。     

CAFe DUMP前刮束器的设计研制

位于中国科学院近代物理研究所的超导直线加速器样机CAFe是一台质子超导直线加速器实验样机,围绕该装置的束流实验研究将为下一步设计研究加速器驱动次临界洁净核能系统(ADS)专用的超导直线加速器打下基础并提供经验。为了实现CAFe的10 mA束流指标,需要设计研制专门的束流收集器(DUMP)和对应的刮束器。本工作就CAFe DUMP前刮束器的研制进行了系统的设计和计算工作。刮束器面向束流侧的材料采用Al6063,确保束流轰击后的剩余放射性活度处于安全范围。基于蒙特卡罗粒子输运模拟,开展放射性核素及剩余剂量分析。结果表明,退役时刮束器外围剂量为可接受的百微希沃特每小时量级。通过ANSYS的热分析,计算了不同束流情况下刮束器的温度分布及温度变化,研究了刮束器在正常运行时移除热量的能力和在异常状况下应急保护的能力。计算结果表明,刮束器可以满足安全移除强流高功率束流束晕的设计需求。在CAFe高功率束流实验中,刮束器及DUMP运行正常,束流监测指标与设计一致,证明研制的刮束器实现了安全移除束晕、监测束流参数和保护DUMP的功能。     

BEPCⅡ未来预注入器的优化研究

BEPCⅡ未来的预注入器由热阴极电子枪、两个次谐波聚束器(SHB)、行波预聚束器以及行波聚束器组成.除电子枪以外,各个部分都位于螺线管磁场中.使用PARMELA和EGUN程序模拟和优化了预注入器的束流动力学.对SHB的聚束电压和漂移距离、预聚束器与聚束器的相位和加速梯度、螺线管磁场的形状等都进行了细致的研究和优化,并讨论了聚束器出口10ps束长内电荷量的极限值.     

NSCL/MSU ECR离子源项目进展报告

Since the last ECR Workshop,NSCL/MSU has been involved in a vigorous ECR ion source R&D program,which resulted in the construction of an off-line test ECR ion source(ARTEMIS-B)for new beam development and ion optics studies.Also the design and partial completion of a 3rd generation,fully superconducting ECR ion source,SuSI has been accomplished.This paper is an overview of the construction projects and the different R&D activities performed with the existing ion sources.These activities include development of metallic ion beam production methods using evaporation with resistive and inductive ovens and sputtering of very refractory metals.Ion optics developments include testing different focusing elements(magnetic solenoid lens,electrostatic quadrupole triplet lens,Einzel lens,electrostatic double doublet quadrupole combined with an octupole lens),and different beam forming and diagnostics devices.The detailed results will be presented at the workshop in separate talks and posters.     

强流ECR离子源引出系统研究

为了提高强流ECR 离子源的引出束流品质,分别设计了1# 和2# 引出系统,利用束流引出模拟软件PBGUNS 对1# 和2# 引出系统进行了质子束流引出与传输的模拟计算,结合实际测得的发射度数据分析引出系统,发现2# 引出系统比1# 引出系统引出束流品质高。对ECR 离子源引出系统的电势等位线分布等参数引起的球差进行了简单数学推导及MATLAB 绘图,并结合1# 和2# 引出系统束流相图模拟结果证明了球差会使引出束流品质有效发射度增长,通过适当加大电极孔径可改善束流聚焦情况,得到了束流光学聚焦较好的束流引出系统设计。To improve the quality of extracted ion beam from a high current ECR ion source, 1# and 2# extraction systems were designed and tested. The PBGUNS code was used to simulate the 1# and 2# extraction systems of proton ion beam. The emittance measurement results with the two different extraction systems were compared and analyzed with the simulation, the conclusion that more high quality beam extracted from 2# system than 1# system was got. The formula derivation of ECR ion source extraction system spherical aberration and MATLAB drawing was done by the analyzing on the distribution of extraction field equipotentials, effective emittance increasing caused by spherical berration was proved by 1# and 2# extraction systems beam phase space simulation result, beam focusing would be improved if electrode hole size increasing appropriately and a general concept on good optics focusing of ion beam extraction system was proposed finally.     

首次使用核反应法鉴别JUNA深地加速器A/q=2的束流种类

JUNA团队计划利用CJPL所提供的极低本底条件和400 kV高压平台上2.45 GHz ECR离子源产生的毫安量级束流首次在天体物理能区对关键核反应进行直接测量。实验需要10 emA的质子束流和He+束流以及2 emA的He2+束流。使用2.45 GHz离子源产生毫安量级的He2+束流是离子源制造的难点。由于离子源分析磁铁分辨能力有限,无法区分He2+和H+₂离子,本文首次使用核反应法对离子源产生的A/q=2的束流进行了鉴别,结果显示,JUNA项目2.45 GHz ECR离子源无法产生毫安量级的He2+束流。该研究成果为JUNA项目离子源的设计提供了重要的参考依据。JUNA团队另外研制了一台微波频率为14.5 GHz的ECR离子源并成功产生2 emA的He2+束流来满足实验需求。     

单粒子态ECR离子源

介绍了一台2.45GHz电子回旋共振(ECR)单电荷离子源的磁场场形,以及它和总束流的关系.并且比较了国际上现有的几台同类型离子源的磁场场形.由此得出了关于2.45GHzECR离子源磁场场形的一些结论.     

Afterglow工作模式下ECR离子源脉冲束的产生

为满足国家大科学工程兰州重离子冷却储存环的要求,在14.5GHz ECR 离子源上进行afterglow工作模式的实验,首次产生了高电荷态脉冲束流Ar¹¹⁺和Ar¹²⁺,给出了初步实验结果,并对结果进行了分析和解释.     

Texas的14.5GHzECR离子源

A new plasma chamber for the Texas A&M 14.5GHz ECR ion source ECR2 has been recently installed and the beam analysis line has been recently upgraded with the replacement of the solenoid with a shorter Glaser lens.The source is now used along with the 6.4GHz ECRl for injection of beams into the K500 cyclotron.The new plasma chamber incorporates water-carrying copper tubes,each with an inner diameter of 0.7mm and all outer diameter of 1.8mm.interposed between the NbFeB permanent magnets and the aluminum plasma-chamber wall.The design allows for a much higher water flow and thus better cooling than the previous design,which used a thin,water-cooled liner.The source commissioning and operation is described.     

RIKEN 18GHzECR离子源上金属离子的产生

At RIKEN,three ECR ion sources(10GHz ECRIS,18GHz ECRIS and liquid He-free SC-ECRIS) are operated as external ion sources of heavy ion accelerators.In the last year,multi-charged uranium ion beam was produced from 18GHz ECRIS by using UF_6 and the ~(238)U ion was successfully accelerated by the accelerator complex which consists of the RFQ linear accelerator,RIKEN heavy ion linear accelerator(RILAC)and RIKEN ring cyclotron accelerator(RRC).The typical beam intensity of~(238)U~(14 ) was about 2pμA on faraday cup after analysing magnet.~(70)Zn beam was still supplied for the new super-heavy element search experiment with insertion method.Intense beam of~(70)Zn~(16 ) was produced for long term(～43 days)without vacuum break and remarkably low material consumption rate(～100μgr/h).We already supplied Zn beam longer than 200 days for this experiment.~(48)Ca ion was also produced by insertion method using~(48)CaO rod for the nuclear physics experiment.In this contribution,we will present ion source parameter and techniques for production of each of the metal ions.     

NIRS的ECR离子源现状

Four ECR ion sources have been operated in National Institute of Radiological Sciences(NIRS). Two ECR ion sources supply various ion species for the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba(HIMAC). The 10GHz NIRS-ECR ion source mainly produces C~(2 ) ions for the heavy-ion therapy.Ions of Si,Ar,Fe,Kr and Xe are usually produced by the 18GHz NIRS-HEC ion source for physical and biological experiments.The other two compact ECR ion sources with all permanent magnet configuration have been developed for the new generation carbon therapy facility.One of these,the Kei-source,is a prototype which has been installed to the NIRS-930 cyclotron for axial injection.The other source,Kei2-source,is a demonstration source and utilized for the new generation Linac.In addition,both Kei sources have been used to study fundamental properties. In this paper,present status of the ion sources and recent developments are reported.     

ECR离子源束流发射度的实验研究

利用最新自行研制的电扫描发射度探测系统, 在ECR离子源上进行了一系列关于ECR离子源引出束流发射度的研究. 这套电扫描发射度探测系统安装在中国科学院近代物理研究所(兰州)的LECR3试验平台的束运线上. 试验中, 通过测量相关参数, 研究了磁场、微波、掺气效应及负偏压效应等对引出束流发射度的影响. 利用实验所得的结果与关于ECR等离子体和离子源束流发射度的半经验理论, 分析推导了离子源各可调参数与ECR等离子体的直接关系, 这为分析探索ECR离子源的工作机制提供了一定的参考依据.