“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.     

强流直线感应加速器中束流质心横向运动初步计算

 “神龙一号”强流脉冲加速器由72个直线感应加速腔和18个用于测试和真空泵接口的多功能腔组成。直线感应加速器的研制建造中磁轴对中偏差和聚焦磁场的自然偏差所引起的束流质心偏移轨道中心是不可避免的，由于束脉冲期间存在能散，使束流产生Corkscrew运动,导致束流品质变坏。而束脉冲期间的能散只能减小到一定水平，因此必需采取一定的措施抑制Corkscrew幅度的增长。在加速器的安装阶段，脉冲悬丝技术被应用于准直加速段聚焦磁场，并在磁轴准直测试的同时对磁场固有倾斜偏差进行初步校正。根据脉冲悬丝测试所得实验数据，采用传输矩阵法对加速段束质心轨迹进行了初步估计，计算中考虑了各加速腔聚焦磁场的倾斜和偏移误差。给出了计算结果和分析。     

“神龙一号”加速器聚焦磁场准直

 “神龙一号”是一台正在建造中的脉冲强流加速器。这台加速器的主体由72个直线感应加速腔和18个用于测试和真空泵接口的多功能腔组成。为获得高品质的电子束流，减小发射度的增加，抑制corkscrew的增长，聚焦磁场的磁轴准直精度要求很高。在使用激光跟踪仪对机械轴进行准直的前提下，脉冲悬丝技术被应用于准直加速段聚焦磁场，并在磁轴准直测试的同时对磁场固有倾斜偏差（tilt）进行初步校正。介绍和讨论了测试方法，测试精度以及测试结果。     

"神龙一号"加速器的BBU不稳定性分析

"神龙一号"加速器在束流调试初期出现了严重的BBU,该BBU是由偏心束流通过多功能腔时激励的TMllo 模引起的.分别以解析分析、数值计算和实验测量等方法对多功能腔的高频特性进行分析.几种方法得到的TMllo模频率与实验结果吻合,而横向耦合阻抗则有倍数之差,但都证明多功能腔在TMllo模式下的横向耦合阻抗过大,是激励BBU的最主要的因素.为此,设计了对多功能腔其他功能不产生影响的可以轴向伸缩的网罩.用来屏蔽多功能腔间隙.使用网罩后效果非常显著,实验结果表明,BU受到抑制,束流脉冲中的高频振荡消失.     

“神龙-I”直线感应加速器束流输运系统设计

 系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

法兰-螺栓连接对加速器对中装配同轴度的影响

由于直线感应加速器束输运系统磁场准直偏差和束脉冲期间所引起的束流Corkscrew运动是导致发射度增长的重要原因之一，因而提高磁场准直精度是抑制和减小Corkscrew振幅的重要措施。机械轴的精密对中是磁轴准直及磁场误差校正的基础。     

“神龙—Ⅰ”直线感应加速器束流输运系统设计

系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应,束包络振荡和束心横向运动,所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙－Ⅰ”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

“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。     

``神龙一号'加速器的BBU不稳定性分析

``神龙一号'加速器在束流调试初期出现了严重的BBU, 该BBU是由偏心束流通过多功能腔时激励的TM₁₁₀模引起的. 分别以解析分析、数值计算和实验测量等方法对多功能腔的高频特性进行分析. 几种方法得到的TM₁₁₀模频率与实验结果吻合, 而横向耦合阻抗则有倍数之差, 但都证明多功能腔在TM₁₁₀模式下的横向耦合阻抗过大, 是激励BBU的最主要的因素. 为此, 设计了对多功能腔其他功能不产生影响的可以轴向伸缩的网罩, 用来屏蔽多功能腔间隙. 使用网罩后效果非常显著, 实验结果表明, BBU受到抑制, 束流脉冲中的高频振荡消失.     

神龙一号加速器调试

介绍了神龙一号直线感应加速器脉冲功率系统、注入器、束流输运系统、轫致辐射转换靶的调试情况,给出了调试结果,并对下一步工作进行了展望.调试结果表明,神龙一号加速器全面达到设计指标.     

神龙一号加速器调试

介绍了神龙一号直线感应加速器脉冲功率系统、注入器、束流输运系统、轫致辐射转换靶的调试情况, 给出了调试结果, 并对下一步工作进行了展望. 调试结果表明, 神龙一号加速器全面达到设计指标.     

3.5 MeV无箔注入器束流调试

 3.5 MeV 注入器是“神龙一号”直线感应加速器的束源,在注入器束流调试中,首先通过数值模拟方法,初步确定束流过聚焦和聚焦不足两种极端情况下引出线圈输运磁场峰值的变化范围;然后以注入器出口束流波形为参考,通过实验调试找到了这两种情况下引出线圈输运磁场峰值的实际配置;再通过测量束流的剖面或发射度,在这两种配置中选定一个折中的引出线圈磁场配置,并最终确定了注入器输运磁场的总体配置。经过调试完成后的注入器束流为3.6 MeV,流强为2.8 kA,归一化边发射度为1 040 mm·mrad,达到了预期的指标。     

“神龙一号”电子束时间分辨能谱测量新方案

介绍了"神龙一号"直线感应加速器电子束时间分辨能谱测量新方案——用螺线管磁场旋转束流法测量其出口电子束能谱,阐述了旋转束流法基本原理及测量方案设计,并且讨论了测量误差。此方案所测能谱为时间分辨离散型束流能谱,其误差与所测离散束流能谱相关。通过测量"神龙一号"加速器末端的电子束流在螺线管磁场中的旋转角度及角度展宽,从而得到脉冲电子束流能谱。     

神龙二号热阴极注入器束流调试

神龙二号注入器是一台感应叠加型强流脉冲电子束源,采用热阴极工作模式,为神龙二号加速器提供间隔可调的三脉冲电子束。该注入器的束流调试采取PIC模拟和实验调试交互验证、互相促进的方式,先是通过束斑测量确定引导线圈磁场的加载范围,然后通过PIC方法逐级梳理阳极段束线各线圈的磁场配置,再通过束斑测量加以确认。通过这种束流调试方法,获得了保持束流脉冲平顶完整通过的三种磁场配置,以适应下游加速段束流传输的不同要求。讨论了影响束流调试效果的因素,认为提升神龙二号注入器性能的关键是进一步改进大面积热阴极发射的均匀性。     

强流直线感应加速器束流智能调谐系统设计

 介绍了正在研究设计的调谐强流电子束束心轨迹的计算机智能系统。根据目前正在设计建造的 “神龙一号”加速器束流输运环境，为抑制束心螺旋运动，适应束输运磁场元件无散热装置，调谐过程中应尽量减少实验次数，智能调谐方法主要采用数值模拟和计算机克隆调谐和人工调谐相结合。以束心轨迹的数值模拟为基础，对束心位置调谐过程中的核心部分二极场调谐磁元件的调谐特性曲线进行了数值模拟，并与实验获得的调谐特性曲线进行了比较。获得了数值模拟和实验的初步结果。     

Corkscrew运动影响束流发射度的数值分析

在直线加速器中，始终存在束流质心轴、束流传输管道几何轴、束流聚焦传输磁场磁轴等三轴不一致问题。当束轴与磁轴存在夹角，而且束流脉冲（平顶）期间存在能量差别时，将引起束心的Corkscrew运动。斜入射的束流在轴向磁场中传输时，由于束流脉冲（平顶）期间不可避免的能量差别，导致不同时刻的束片质心螺旋运动的相位不同，在束流到达同一个位置时，不同时刻束片的质心在同一个考察点具有不同的横向位置。束心Corkscrew运动会造成很多不良后果。针对束心Corkscrew运动造成束流积分发射度的增长情况开展数值模拟研究，为采取相应的抑制措施提供参考和依据。     

介质壁加速器尾场阻抗的模拟计算

为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场阻抗。从模拟的结果来看,x,y方向的尾场势和尾场阻抗都很小,束流尾场对横向的影响比较小。z方向的尾场势和尾场阻抗影响较大,尾场阻抗达到100Ω量级。证明了由于介质壁加速器结构在加速腔长度和束流通过路径的连续性方面都具有很大的优势,横向阻抗小,束流尾场效应在束流不稳定性方面的影响相对较小,束流传输时的要求也会降低。     

直线感应加速腔横向阻抗的测量

 采用束流模拟法测量强流直线感应加速器加速腔横向阻抗,给出了加速腔的测量结果。采用了时域变换法提高不匹配情况下测量精度的方法,对引起测量误差的 原因进行了分析。这有助于深入理解强流加速腔内的物理过程,改进加速腔设计,提高 直线感应加速器整机性能     

“神龙一号”直线感应电子加速器

"神龙一号"加速器是一台20 MeV直线感应电子加速器. 本文介绍了"神龙一号"的物理设计、研制过程和调试结果. 物理设计主要分析了加速器研制的技术难点,并给出各分系统应达到的技术要求和具体结果. 文中重点介绍了脉冲功率系统、注入器、束流的调试情况,调试结果表明,"神龙一号"加速器输出电子束的参数为：电子能量20MeV、束流强度2.5kA、束流脉冲宽度～70ns、能散度0.64%、发射度2060mm·mrad、打靶焦斑尺寸1.2mm .     

直线感应加速器加速腔物理设计与研究

简要介绍直线感应加速器（ＬＩＡ）加速腔物理设计的几个关键问题．讨论了加速电压及其平顶和腔参数的关系．对腔的耦合阻抗与束流不稳定性的关系作了概念性介绍，分析了降低耦合阻抗的途径．并给出两个加速腔设计原型．