能散对直线感应加速器焦斑分布的影响北大核心CSCD

介绍了均方根(RMS)、半高全宽(FWHM)和50%调制传递函数(MTF)等效均匀分布等焦斑尺寸评价方法。针对一台直线感应加速器,通过建立理论模型和开展逐束片PIC模拟研究了长脉冲(约100 ns)电子束的聚焦过程,分析了能量、流强与平顶区差异较大的脉冲上升/下降沿对FWHM和MTF焦斑尺寸的影响。研究结果表明:能散度较大的束流上升/下降沿会导致束流焦斑,尤其是MTF焦斑显著增长,在模拟结果中FWHM尺寸增长约9%,而MTF尺寸增长达到约24%,是目前导致束流底宽偏大的主要因素之一。     

直线感应加速器

本文描述了直线感应加速器（ＬＩＡ）的原理,组成和特点;综述了国内外的研究动态;概略介绍了ＣＡＥＰ流体物理研究所（ＩＦＰ）研制的１０ＭｅＶＬＩＡ．ＬＩＡ的技术特点和主要参数:可产生强脉冲Ｘ射线;打靶束流２．１ｋＡ,焦斑约４．５ｍｍ、距靶１ｍ处射线照射量约为２．３×１０￣（－２）ｃ／ｋｇ;该机前段（３．３ＭｅＶ）可与整机脱开、平移后与摇摆器（ｗｉｇｇｌｅｒ）对接,用于自由电子激光研究．对１０ＭｅＶＬＩＡ的关键技术研究和新的研究计划也作了描述． The basic principle,construction and characteristics of the LIA, together witha summary of the recent developments and achivements in the scientific field both at homeand abroad are presented in this paper.A10MeV LIA has been developed at IFP, CAEP forflash X-ray radiography application.A 2.4kA,70ns electron beam can be transportedthrough the accelerator, while 2.1kA is focused onto the target (Ta) With about 4mm spotto produce intensive pulsed X-ray.The dosage is 3×10￣(-2)C/kg at 1 meter from...     

针孔法测量X光源焦斑尺寸

通过针孔成像法得到X光源强度空间分布图像,直接读取图像数据得到X光源的半高宽焦斑（FWHM）尺寸,对图像数据进行傅里叶变换得到调制传递函数,并计算得到X光源的等效焦斑尺寸（50%MTF）。应用针孔成像法测量多脉冲电子直线感应加速器产生的X光源焦斑尺寸,测量结果表明,加速器性能稳定。定义焦斑形状因子参数并用于描述X光源分布,结果表明,该加速器X光源分布在高斯分布和本涅特分布之间变化。     

3.3MeV直线感应加速器的设计和性能

综述3.3MeV直线感应加速器(LIA)的物理工程概貌和束流特性参数测量。所测数据均达到或超过了设计指标。并已成功地做为曙光一号自由电子激光器出光实验的电子束源。目前,拟串接更多的加速组元使加速器的电子束能量达到10MeV,以便同时用于自由电子激光研究和闪光X射线照相。     

12MeV直线感应加速器X光能谱的实验测量

12MeV直线感应加速器能够产生能量～12MeV、流强2.2kA的电子束, 被传输、聚焦后形成～4mm的束斑, 与轫致辐射靶靶作用来产生高剂量的X光. 首先设计了X光探测器, 并利用多层吸收拟合法来对X光能谱进行了测量, 得到了X光的轫致辐射能谱, X光峰值大约在2MeV,最后对实验结果进行了分析.     

用于强流直线感应加速器的大面积储备式阴极

 介绍一种直径为55 mm的锇膜(411M)储备式热阴极,并以此为基础,建立了一套脉冲电压幅度为200 kV、脉冲平顶宽度大于等于2 μs的长脉冲功率源以及配套的加热系统与高压隔离网络电路。在阴极灯丝工作电流18 A,阴极温度1 165 ℃,二极管电压75 kV条件下,在该阴极试验平台上获得52 A的空间电荷限制流,实验结果与理论计算基本吻合。实验中还发现,阴极的放气源将严重影响阴极发射能力。     

用于强流直线感应加速器的大面积储备式阴极

介绍一种直径为55 mm的锇膜(411M)储备式热阴极,并以此为基础,建立了一套脉冲电压幅度为200 kV、脉冲平顶宽度大于等于2 μs的长脉冲功率源以及配套的加热系统与高压隔离网络电路。在阴极灯丝工作电流18 A,阴极温度1 165 ℃,二极管电压75 kV条件下,在该阴极试验平台上获得52 A的空间电荷限制流,实验结果与理论计算基本吻合。实验中还发现,阴极的放气源将严重影响阴极发射能力。     

12 MeV直线感应加速器主开关的优化设计

介绍了12MeV直线感应加速器主开关的一种优化设计。在保持原有主开关的设计风格和接口结构的条件下,通过优化设计局部结构和调整开关电极尺寸,把主开关的结构电感从63.7nH减小到35nH,使得加速腔的高压脉冲前沿从39.6ns减小到27ns,从而有利于提高12MeV直线感应加速器的性能,验证了优化设计的可行性。     

12 MeV直线感应加速器主开关的优化设计

 介绍了12MeV直线感应加速器主开关的一种优化设计。在保持原有主开关的设计风格和接口结构的条件下，通过优化设计局部结构和调整开关电极尺寸，把主开关的结构电感从63.7nH减小到35nH，使得加速腔的高压脉冲前沿从39.6ns减小到27ns，从而有利于提高12MeV直线感应加速器的性能，验证了优化设计的可行性。     

Spot size measurement of a flash-radiography source using the pinhole imaging method

The spot size of the X-ray source is a key parameter of a flash-radiography facility, and is usually quoted as an evaluation of the resolving power. The pinhole imaging technique is applied to measure the spot size of the Dragon-I linear induction accelerator, by which a two-dimensional spatial distribution of the source spot is obtained.Experimental measurements are performed to measure the spot image when the transportation and focusing of the electron beam are tuned by adjusting the currents of solenoids in the downstream section. The spot size of full-width at half maximum and that defined from the spatial frequency at half peak value of the modulation transfer function are calculated and discussed.     

高能X射线源焦斑尺寸的时间分辨诊断

将门控分幅相机与快闪烁晶体结合,构成时间分辨X射线诊断系统,对神龙一号直线感应加速器产生的高能脉冲X射线源焦斑进行了测量,在时间间隔为10 ns的情况下,获得了焦斑尺寸随时间的变化曲线。在此基础上,设计了单像素尺寸为0.78 mm×0.78 mm的LYSO闪烁晶体阵列,并进行了X射线照射晶体阵列发光的初步实验,结果表明该阵列可用于高能X射线源焦斑的时间分辨诊断,并能显著提高成像的空间分辨力。     

高能X射线源焦斑尺寸的时间分辨诊断

将门控分幅相机与快闪烁晶体结合,构成时间分辨X射线诊断系统,对神龙一号直线感应加速器产生的高能脉冲X射线源焦斑进行了测量,在时间间隔为10 ns的情况下,获得了焦斑尺寸随时间的变化曲线。在此基础上,设计了单像素尺寸为0.78 mm×0.78 mm的LYSO闪烁晶体阵列,并进行了X射线照射晶体阵列发光的初步实验,结果表明该阵列可用于高能X射线源焦斑的时间分辨诊断,并能显著提高成像的空间分辨力。     

“神龙一号”直线感应加速器物理设计

介绍了 “神龙一号”直线感应加速器物理设计的主要考虑。“神龙一号”加速器是一台电子直线感应加速器,由3.6MeV感应迭加型注入器、72个感应加速腔、脉冲功率系统、束流输运和聚焦系统、控制系统和真空、绝缘油、绝缘气体以及去离子水系统组成。能产生20MeV、束流大于2.5kA,脉冲宽度为60ns的强流脉冲电子束,X光焦斑均方根直径为1.5mm。     

12MeV直线感应加速器二极管优化设计研究

 本文用MAGIC程序对设计的多种12MV直线感应加速器的二极管结构进行模拟计算,得出了二极管阴极表面电场强度分布,并根据实验研究结果,得到了结构最佳设计的二极管模型;随后利用扫描电镜方法对不同天鹅绒的结构进行了分析与发射性能实验研究。最后得到优化后的二极管产生的电子束束流参数为发射束流I_e=8.50kA,传输束流I₈=3.0kA ,打靶束流I₀=2.30kA。     

非层流无碰撞模型计算LIA焦斑尺寸

 在束流轨迹方程基础上，建立了非层流无碰撞数值模拟模型，并在模型中考虑了束流空间电荷效应、发射度、能散、束心Corkscrew运动、束流横截面分布不均匀等诸多因素，编制数值模拟程序对强流相对论电子束经过磁透镜的轨迹进行了计算。计算结果表明：子束流层数一定时，焦斑直径波动在0.03 mm范围内；随子束流划分层数的不同，计算所得焦斑直径的最大不确定度为±0.05 mm，而焦距几乎不变化，其波动在0.08 cm范围内；随子束流划分层数的增加，焦斑直径计算结果是收敛的，最终收敛值约为1.03 mm。实验得到的焦距为23.2 mm，焦斑直径1.3 mm，实验结果表明焦距绝对误差在3.5 cm范围内，焦斑直径绝对误差在0.4 mm范围内。     

直线感应加速器输运过程模拟

对直线感应加速器中电子束的输运过程进行数值模拟研究,采用了时域有限差分与粒子模拟相结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中,成功地使用了非均匀网格模型,实现了对加速腔精细结构的建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟,最后将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程,并对结果加以分析,验证了方法的正确性。     

直线感应加速器输运过程模拟

对直线感应加速器中电子束的输运过程进行数值模拟研究,采用了时域有限差分与粒子模拟相结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中,成功地使用了非均匀网格模型,实现了对加速腔精细结构的建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟,最后将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程,并对结果加以分析,验证了方法的正确性。     

高能闪光射线源空间位置抖动实验测量

高能闪光照相中光子散射会导致接收图像清晰度降低,影响照相客体界面和密度的分辨精度。使用网栅相机可显著降低散射光子影响,提高图像分辨能力,但同时要求X射线源空间位置更加稳定以减少信号光子在网栅结构中的损失。采用小孔成像的方法测量神龙一号直线感应加速器X射线源焦斑分布,计算焦斑的质心位置和半高全宽大小,分析电子束聚焦状态改变对X射线源空间位置和大小的影响。实验结果表明,电子束聚焦状态改变会导致射线源质心位置及尺寸大小发生明显变化。在恒定聚焦状态下,源质心抖动及大小变化均可稳定在较小范围。 ;