BEPCⅡ直线加速器的束流调试

叙述了北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)直线加速器的调束过程. 针对调束目标和束流物理特性, 提出了调束方法,并对调束过程中出现的问题进行了分析和研究, 给出了初步调束结果,为今后的进一步调试和稳定运行提供了有益的参考.     

束流四维横向相空间密度函数的测量原理

 Radon变换与参数可调的输运元件结合,可以为束流诊断提供一种与束流模型无关的新方法。此方法与计算机图象处理技术的结合至少可以使测定束流横向发射度的精度提高一个量级,而且可以得到足够分辨率的束流四维横向相空间分布。该方法为加速器,特别是高亮度强流加速器的研制提供了一种有力的监测工具。为研究束流传输、验证束流动力学理论提供了更为可靠的判据。     

束流四维横向相空间密度函数的测量原理

Radon变换与参数可调的输运元件结合,可以为束流诊断提供一种与束流模型无关的新方法。此方法与计算机图象处理技术的结合至少可以使测定束流横向发射度的精度提高一个量级,而且可以得到足够分辨率的束流四维横向相空间分布。该方法为加速器,特别是高亮度强流加速器的研制提供了一种有力的监测工具。为研究束流传输、验证束流动力学理论提供了更为可靠的判据。     

基于多级级联BP神经网络的加速器束流轨道预测

加速器束流轨道校正对于加速器稳定运行具有非常重要的作用,精确预测加速器束流轨道的变化对于实现束流自动化校准也具有重要意义。通过对束流轨道变化的准确预测,可以为调整加速器控制参数提供可靠的信息,从而实现对束流的精确控制和调节。通过研究束流在直线加速器中等能量传输段的传输过程,利用模拟加速器数据,基于多级级联的反向传播（BP）神经网络搭建了加速器束流轨道预测模型,能够实现对束流轨道参数的预测。结果表明,与采用传统单隐层BP神经网络建立的预测模型相比,多级级联BP神经网络能够实现更高的预测精度与可靠性,为直线加速器中等能量传输段的优化设计和束流轨道自动化校准提供了一种有效的方法。     

电阻环束流探测器的标定

电阻环探测技术是一种成熟、实用的在线测试束流技术,它能给出束流的大小和束流质心的位置。在即将投入使用的20MeV直线感应加速器中,该技术将作为一种精确的束流诊断手段。为此设计了一套精密的束流模拟和电阻环标定装置,其束流位置的定位精度达到0.02mm,以之对精心设计的电阻环进行标定。标定的结果表明电阻环对束流质心位置的测试精度达到0.5mm,经标定后的束位置拟合值绝对误差不大于0.2mm。     

电阻环束流探测器的标定

 电阻环探测技术是一种成熟、实用的在线测试束流技术，它能给出束流的大小和束流质心的位置。在即将投入使用的20MeV直线感应加速器中，该技术将作为一种精确的束流诊断手段。为此设计了一套精密的束流模拟和电阻环标定装置，其束流位置的定位精度达到0.02mm，以之对精心设计的电阻环进行标定。标定的结果表明电阻环对束流质心位置的测试精度达到0.5mm，经标定后的束位置拟合值绝对误差不大于0.2mm。     

多脉冲强流电子束在线测试数据处理

在多脉冲强流直线感应加速器(LIA)的测控和诊断系统中,电子束的在线测试数据处理是重要的组成部分。多脉冲强流电子束在线测试数据处理系统是集测试仪器、计算机和工作站等组成的工业以太网,以及实现测试网络配置、测试仪器的通信及控制、数据采集、束流强度和束质心位置计算、显示以及存储等功能为一体的专用软件。多脉冲强流电子束采用基于电阻环束流位置检测器(BPM)的束流测试线路,根据束线上每个BPM测试得到的四个象限点的原始电压信号波形,以及测试线路的结构参数,计算束线上每个PBM位置的束流强度以及束质心位置随时间变化的波形,根据随时间变化的波形数据计算每个BPM位置多个脉冲束流的强度以及束质心位置的统计数据。数据的存储采用SQL和文件系统相结合的方式。这套多脉冲强流电子束在线数据处理系统在多脉冲强流LIA的调试实验中稳定可靠运行,为实验提供有效可靠的数据。     

RIBLL束流诊断的发展

描述了重离子加速器放射性次级束流线束流诊断技术的新发展,它包括初级束流在线监测研制的非拦截式法拉第筒,监测低强度初级束流的塑料闪烁探测器,测量放射性次级束流剖面的大面积双维位置灵敏平行板雪崩室等.这些新研制的束流诊断装置的运用,明显提高了设置、调整、确定重离子加速器放射性次级束流线运行参数的速度和准确性,改善了放射性次级束流纯度和质量,并使得重离子加速器放射性次级束流线的运行更简洁、迅速和有效.     

中国散裂中子源加速器束流引出调试和束损优化

引出系统是中国散裂中子源快循环同步加速器的核心组成部分，对束流精确打靶和加速器稳定运行具有重要意义。首先，详细介绍了快循环同步加速器的引出系统和束流引出方案，重点介绍了一些引出系统相关的关键技术。其次，对引出束流调试进行深入研究，包括纵向束流调试、横向束流调试、引出束流分布优化等，其中纵向束流调试主要针对8个引出Kicker定时进行精确标定，横向束流调试主要指Lambertson型磁铁、8个Kicker磁铁、高能输运线模式的匹配设置。最后，对引出束流束损进行深入研究和针对性优化，探索引出束流损失的各种来源，对Lambertson型磁铁漏场、引出束团长度、Kicker波形平顶、Kicker波形变化进行深入研究并对一些新的测量方法进行详细论述。同时，对Lambertson型磁铁入口产生超大辐射热点的现象进行深入研究，寻找其产生大量束流损失的根源，并提出最终解决方案，降低引出束流损失和辐射剂量，使其满足加速器运行要求。     

强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计

针对一台用于加速器驱动洁净核能源系统研究、高占空比的强流质子加速器,开展强流质子直线加速器束晕产生的研究工作,其中的束流剖面分布特别是束晕部分测量的束流诊断系统是研究工作的核心内容。束晕的产生在低能量段尤其重要,且对整个直线加速器的设计有重要影响。介绍了研究束晕增长的束流输运线和测量系统的布局设计,并根据所研究的加速器束流的情况进行束流剖面探测器和束晕测量的设计和预研,包括丝靶材料的模拟计算和选择、机械驱动的控制系统设计和研究、前端模拟电路的设计和仿真模拟、以及整个系统与EPICS和VxWorks的计算机控制接口等。     

C-ADS中质子束窗散射效应和热力学计算

质子束窗是C-ADS中隔离加速器的真空环境与靶的非真空环境的重要部件。质子束窗材料及其冷却介质造成的束流散射效应是造成束流在靶外损失的主要因素,由于质子束窗中的高能量沉积和高辐照效应,束窗的热力学计算显得尤为重要。计算结果表明：当质子束窗和散裂靶距离为1.5 m时,通过选取合理的结构参数,多管道型质子束窗结构可以将靶外束流损失控制在1%以内。束窗中总的应力,包括由于温度升高造成的热应力、冷却剂的静压,以及束窗两侧加速器真空与外部非真空环境的压强差造成的应力,可以有效控制在所用材料的许用应力之内。并通过计算讨论给出C-ADS中质子束窗的初步设计参数。     

双脉冲电子束源实验研究

 利用现有2MeV直线感应注入器，通过改造，将其次级功率源和8个感应腔分成2组，使之交替工作，建立了一台双脉冲电子束源。二极管电压脉冲幅度达到1MeV，电子束脉冲持续时间为120ns，脉冲间隔可以根据需要在100~500ns间进行调节。实验结果表明：该双脉冲电子束源可以产生双脉冲电子束，其电压幅度差值小于2%，束流可达3kA，并且工作稳定，利用该装置可以进行多脉冲二极管物理和天鹅绒多脉冲发射特性实验研究。     

Focal shift of apodized truncated hyperbolic-cosine-Gaussian beam

Focal shift of hyperbolic-cosine-Gaussian beams induced by pure phase apodizer was investigated theoretically. The pure phase apodizer consists of three concentric zones: center circle zone, inner annular zone and outer annular zone. And the phase variance of the inner annular zone is adjustable. Results show that intensity peak moves far from optical aperture and then shrinks sharply for certain radii of zones with increasing phase variance of the inner annular zone. Simultaneously, one new intensity peak occurs near optical aperture, moves far from the optical aperture, and then becomes intensity maximum peak, and repeats the evolution process of the former intensity peak. Tunable focal shift occurs with focal switch. Decreasing the phase variance can change the move direction of the intensity peaks. In addition, the maximum distance between the two intensity peaks can be altered by beam parameters of cosh parts, and the distance value increases and then decreases with increasing beam parameters of cosh parts for certain radii of zones. Tunable focal shift is also discussed to construct optical tweezers.     

双脉冲电子束源实验研究

利用现有2MeV直线感应注入器,通过改造,将其次级功率源和8个感应腔分成2组,使之交替工作,建立了一台双脉冲电子束源。二极管电压脉冲幅度达到1MeV,电子束脉冲持续时间为120ns,脉冲间隔可以根据需要在100~500ns间进行调节。实验结果表明：该双脉冲电子束源可以产生双脉冲电子束,其电压幅度差值小于2%,束流可达3kA,并且工作稳定,利用该装置可以进行多脉冲二极管物理和天鹅绒多脉冲发射特性实验研究。     

Dynamics of the two-component ion beam in a linear undulator accelerator

The possibility of increasing the ion beam current in an undulator linear accelerator (UNDULAC) is studied. Such an accelerator can be implemented in an H-type periodic resonator in a structure that has no RF-field harmonic synchronous with the beam. It has been shown before that the UNDULAC’s beam current can be increased with the use of ribbon beams. Another method of increasing intensity of ion beams is associated with the possibility of accelerating the positive and negative ions simultaneously in the same bunch. Numerical simulations are used to find the maximum intensity of this two-component beam.     

Study on the selection of BLM detector for C-ADS Injector Ⅱ

The injector of C-ADS (Chinese Accelerator Driven Sub-critical System) project is a high current, fully super-conducting proton accelerator. Meanwhile, a BLM system is indispensable for this facility, especially in low energy segments. This paper presents some basic simulations for 10 MeV proton by Monte Carlo program FLUKA, as well as the distributions on different secondary particles in three aspects: angular, energy spectrum, and current. These results are beneficial to selecting the detector type and its location and determining its dynamic range matching different requirements for both fast and slow beam loss. Furthermore, in this paper the major impact of the background is also analyzed, such as superconducting cavity X radiation and radiation caused by material activation. This work is meaningful in BLM system research.     

Study on the selection of BLM detector for C-ADS Injector Ⅱ

The injector of C-ADS (Chinese Accelerator Driven Sub-critical System) project is a high current, fully super-conducting proton accelerator. Meanwhile, a BLM system is indispensable for this facility, especially in low energy segments. This paper presents some basic simulations for 10 MeV proton by Monte Carlo program FLUKA, as well as the distributions on different secondary particles in three aspects: angular, energy spectrum, and current. These results are beneficial to selecting the detector type and its location and determining its dynamic range matching different requirements for both fast and slow beam loss. Furthermore, in this paper the major impact of the background is also analyzed, such as superconducting cavity X radiation and radiation caused by material activation. This work is meaningful in BLM system research.     

A method to from a rectilinear electron beam with small pulsations for free electron masers

When a solid electron beam is formed by a two-electrode axially-symmetrical gun immersed in uniform axial magnetic field, the anode aperture, cutting off the near-axis part of the beam acts as an electrostatic lens and causes unwanted pulsations of the beam. Initial oscillations of electrons are especially unfavorable for free-electron masers (FEMs), in which they lead to a too large spread in the oscillating and, correspondingly, in the translational velocities of the particles. A method for compensation of the parasitic action of the anode aperture by means of a small correcting coil and formation of an electron beam with minimum pulsations is suggested in this paper. Results of estimations and numerical simulations demonstrating the effectiveness of the method when using it in an electron-optical system of a millimeter wavelengths cyclotron autoresonance maser (CARM) are discussed.     

褶皱管束流能量稳定器(英文)

输出脉冲稳定性的需求对驱动自由电子激光产生的电子直线加速器装置束流稳定性提出了严格的要求,包括电子束平均能量、峰值流强、束团到达时间抖动和横向位置抖动等参数。基于正在建设的大连相干光源用户装置,探讨了最近提出的褶皱管用作能量稳定器的可行性。采用解析计算和数值模拟结合的方法,结合大连相干光源直线加速器的设计,在设计参数条件下能量稳定性至少提升10%。同时提供了褶皱管尾场设计的一般步骤。     

褶皱管束流能量稳定器

输出脉冲稳定性的需求对驱动自由电子激光产生的电子直线加速器装置束流稳定性提出了严格的要求,包括电子束平均能量、峰值流强、束团到达时间抖动和横向位置抖动等参数。基于正在建设的大连相干光源用户装置,探讨了最近提出的褶皱管用作能量稳定器的可行性。采用解析计算和数值模拟结合的方法,结合大连相干光源直线加速器的设计,在设计参数条件下能量稳定性至少提升10%。同时提供了褶皱管尾场设计的一般步骤。