CSNS/RCS中的阻抗和束流不稳定性

中国散裂中子源（CSNS）的快循环同步加速器（RCS）是一台强流质子加速器,其束流平均功率达到100 kW。在此强流加速器中,真空部件的阻抗是引起束流不稳定的主要原因,它严重限制了束流强度及品质。对CSNS/RCS设计中的各种真空部件阻抗进行了详细计算,并以计算结果为出发点,理论分析了各种不稳定性强弱,确定了各种不稳定性发生的阻抗阈值,为真空部件结构设计提供了参考。对比较严重的电阻壁阻抗,采用阻抗壁尾场模型进行跟踪模拟,得到不稳定性增长率与理论计算值符合较好。自然色品有助于束流稳定,加入自然色品后模拟,电阻壁不稳定性消失。     

CSNS RCS射频系统双谐波模式低电平控制模拟实验

介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器一期工程(CSNS-Ⅰ/RCS)拟采用的双谐波加速方案。针对该方案需要在加速周期内对8个射频腔之一进行工作模式切换的特殊要求,对设计实现的基于现场可编程门阵列（FPGA）技术的数字化低电平控制系统采取了一系列优化措施,包括模式切换时段控制回路的开环、功率源两级调谐回路的错时闭环等。在射频系统样机平台开展的模拟实验表明该低电平控制系统动态性能良好,双谐波方案可行性得到了一定程度的验证。     

CSNS\RCS引出系统快脉冲冲击磁铁样机的设计

 设计了中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)引出系统快脉冲冲击磁铁样机。为降低磁铁和其电源的研制难度,保证运行的可靠性,决定采用美国散裂中子源(SNS)的Single-turn结构。根据磁铁的设计指标,给出了磁铁设计要求铁芯材料选择方法、整体的结构设计以及如何对磁铁进行定位和准直,并采用Opera程序进行模拟计算,结果表明：当铁芯长度为220 mm时,磁有效长度大约为302 mm;磁感应密度最大的地方在4个内角上,约为0.215 T;在133 mm×200 mm的平面范围内,磁场均匀性优于±0.8%。理论分析和Opera程序模拟均验证了磁铁结构方案的可行性。     

CSNS\RCS引出系统快脉冲冲击磁铁样机的设计

设计了中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)引出系统快脉冲冲击磁铁样机。为降低磁铁和其电源的研制难度,保证运行的可靠性,决定采用美国散裂中子源(SNS)的Single-turn结构。根据磁铁的设计指标,给出了磁铁设计要求铁芯材料选择方法、整体的结构设计以及如何对磁铁进行定位和准直,并采用Opera程序进行模拟计算,结果表明：当铁芯长度为220 mm时,磁有效长度大约为302 mm;磁感应密度最大的地方在4个内角上,约为0.215 T;在133 mm×200 mm的平面范围内,磁场均匀性优于±0.8%。理论分析和Opera程序模拟均验证了磁铁结构方案的可行性。     

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/RCS环射频腔用铁氧体环测试系统研制

为测试环射频铁氧体加载同轴谐振腔中铁氧体环的性能和批量筛选铁氧体环,研制了铁氧体双环测量系统。与国内外同类设备相比,该系统采用了扫频测量的闭环控制,可以模拟射频腔的运行工况、实现对铁氧体环性能的动态测量。扫频范围测量结果表明:该测试系统满足在0~3 000 A偏流调谐范围内的1.02~2.44 MHz频率覆盖要求,固定频率点的高功率测量结果和材料性能参数与日本J-PARC测量数据吻合。     

CSNS/RCS环射频腔用铁氧体环测试系统研制

为测试环射频铁氧体加载同轴谐振腔中铁氧体环的性能和批量筛选铁氧体环,研制了铁氧体双环测量系统。与国内外同类设备相比,该系统采用了扫频测量的闭环控制,可以模拟射频腔的运行工况、实现对铁氧体环性能的动态测量。扫频范围测量结果表明:该测试系统满足在0~3 000 A偏流调谐范围内的1.02~2.44 MHz频率覆盖要求,固定频率点的高功率测量结果和材料性能参数与日本J-PARC测量数据吻合。     

中国散裂中子源/快循环同步加速器束流负载效应的补偿

针对强流质子同步加速器中的束流负载效应,基于中国散裂中子源/快循环同步加速器射频系统样机,在不降低腔体Q值的前提下,以数字化低电平控制为主要技术手段,对束流负载效应进行补偿。提出完整的由多控制环路组成的束流负载效应补偿方案。该方案主要由引入自适应算法的束流前馈和高带宽低延时的射频直接反馈,以及在束流负载下对腔体谐振状态进行控制的腔体预失谐和动态调谐等组成。     

CSNS/RCS交流二极磁铁研制关键技术

针对交流二极磁铁的磁场特性和涡流问题,利用电磁场分析软件对磁铁进行了优化设计和温度场计算,确定了交流二极磁铁关键技术的方案。对交流二极磁铁极头端面采用了罗高斯基曲线和谐波削斜的方法来提高磁铁磁场质量;对铁芯端部和端板进行开槽优化设计,有效切断磁铁端部主要的涡流回路,降低了磁铁温升;磁铁线圈采用铝绞线导线进行绕制,以减少磁铁线圈内的涡流损耗。最后,通过对样机磁铁的测试,磁场均满足物理要求,磁铁温度也控制在安全范围内。     

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。     

First neutron Bragg-edge imaging experimental results at CSNS

The neutron Bragg-edge imaging is expected to be a new non-destructive energy-resolved neutron imaging technique for quantitatively two-dimensional or three-dimensional visualizing crystallographic information in a bulk material, which could be benefited from pulsed neutron source. Here we build a Bragg-edge imaging system on the General Purpose Powder Diffractometer at the China Spallation Neutron Source. The residual strain mapping of a bent Q235 ferrite steel sample has been achieved with a spectral resolution of 0.15% by the time-of-flight neutron Bragg-edge imaging on this system. The results show its great potential applications in materials science and engineering.     

中国散裂中子源铁氧体加载腔的性能研究

利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源（CSNS）铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程,在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特性与同轴线理论计算和实际腔体测量结果相比较,三者吻合得非常好。通过对腔体样机母排引入的寄生模的实验和模拟研究,提出了解决寄生模问题的方法;通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究,给出了短尺寸腔的扫频工作方案。     

中国散裂中子源铁氧体加载腔的性能研究

利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源（CSNS）铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程,在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特性与同轴线理论计算和实际腔体测量结果相比较,三者吻合得非常好。通过对腔体样机母排引入的寄生模的实验和模拟研究,提出了解决寄生模问题的方法;通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究,给出了短尺寸腔的扫频工作方案。     

Analysis of radiation environmental safety for China's Spallation Neutron Source(CSNS)

The China Spallation Neutron Source(CSNS)is going to be located in Dalang Town,Dongguan City in the Guangdong Province.In this paper we report the results of the parameters related with environment safety based on experiential calculations and Monte Carlo simulations.The main project of the accelerator is an under ground construction.On top there is a 0.5 m concrete and 5.0 m soil covering for shielding,which can reduce the dose out of the tunnel's top down to 0.2 μSv/h.For the residents on the boundary of the CSNS,the dose produced by skyshine,which is caused by the penetrated radiation leaking from the top of the accelerator,is no more than 0.68 μSv/a.When CSNS is operating normally,the maximal annual effective dose due to the emission of gas from the tunnel is 2.40×10-3 mSv/a to the public adult,and 2.29×10-3 mSv/a to a child,both values are two orders of magnitude less than the limiting value for control and management.CSNS may give rise to an activation of the soil and groundwater in the nearest tunnels,where the main productions are 3H,7Be,22Na,54Mn,etc.But the specific activity is less than the exempt specific activity in the national standard GB13376-92.So it is safe to say that the environmental impact caused by the activation of soil and groundwater is insignificant.To sum up,for CSNS,as a powerful neutron source device,driven by a high-energy high-current proton accelerator,a lot of potential factors affecting the environment exist.However,as long as effective shieldings for protection are adopted and strict rules are drafted,the environmental impact can be kept under control within the limits of the national standard.