基于螺旋线强流电子束加速器初级能源的初步研究

对基于螺旋线的强流电子束加速器的初级能源系统进行了初步的研究,该系统由恒流充电机、低电感高压脉冲电容器、触发场畸变开关和电感保护系统等组成,能够使加速器的变压器初级获得电压幅值为40kV、电流幅值为80kA、脉宽为8μs的高压脉冲,并且能够在5Hz的重复频率下工作.该初级能源系统已经应用在基于螺旋线的强流电子加速器上,具有体积小、效率高、运行稳定可靠等特点.     

紧凑高重复频率加速器的初级能源

 介绍了一种输出脉冲峰值功率在GW量级,脉宽约6 ns,重复频率1~300 Hz可调的加速器的初级能源系统的设计与实验研究。它的初级能源由商用三相电源供能,利用硅堆整流,并通过固体开关及继电器等装置控制来实现对Tesla变压器初级线圈的重复谐振充电。实验表明该装置运行稳定,通过变压器升压之后可在120 W负载端得到300 kV的重复高电压脉冲。同时,该回路还利用了晶闸管拥有的自关断特性实现了能量的回收,提高了装置的能量利用率。     

紧凑高重复频率加速器的初级能源

介绍了一种输出脉冲峰值功率在GW量级,脉宽约6 ns,重复频率1~300 Hz可调的加速器的初级能源系统的设计与实验研究。它的初级能源由商用三相电源供能,利用硅堆整流,并通过固体开关及继电器等装置控制来实现对Tesla变压器初级线圈的重复谐振充电。实验表明该装置运行稳定,通过变压器升压之后可在120 W负载端得到300 kV的重复高电压脉冲。同时,该回路还利用了晶闸管拥有的自关断特性实现了能量的回收,提高了装置的能量利用率。     

重复频率强流电子束的产生和传输实验研究

电子束真空二极管重复频率运行时,它将表现出与单次运行时不同的特点。在电子束产生过程中,屏蔽半径应尽可能地小,且击穿延时时间较短,故选择石墨作为阴极材料。实验结果表明：在重复频率运行时,当环型阴极环厚较薄时,阴极的发射电流密度较大,因此对阴极的加热效应也加强,等离子体的膨胀速度加快,从而使得二极管阻抗减小,最后几次输出的电子束的电流较大,而电压减小;当重复频率较高时,由于加热效应使得阴极等离子体膨胀速度加快,最后几个脉冲阴极发射能力增强,波形重复性变差;当引导磁场强度增大时,阴极等离子体受到较大的磁场力约束,横向膨胀速度减慢,从而使得电子发射面积减小,总发射电流减小,二极管的阻抗增大。最后取引导磁场为1.5 T,阴极环厚为1 mm,得到重复频率100 Hz、束压827 kV、束流8.22 kA、脉冲波形之间重复性很好的均匀电子束输出。     

重复频率强流电子束的产生和传输实验研究

 电子束真空二极管重复频率运行时,它将表现出与单次运行时不同的特点。在电子束产生过程中,屏蔽半径应尽可能地小,且击穿延时时间较短,故选择石墨作为阴极材料。实验结果表明：在重复频率运行时,当环型阴极环厚较薄时,阴极的发射电流密度较大,因此对阴极的加热效应也加强,等离子体的膨胀速度加快,从而使得二极管阻抗减小,最后几次输出的电子束的电流较大,而电压减小;当重复频率较高时,由于加热效应使得阴极等离子体膨胀速度加快,最后几个脉冲阴极发射能力增强,波形重复性变差;当引导磁场强度增大时,阴极等离子体受到较大的磁场力约束,横向膨胀速度减慢,从而使得电子发射面积减小,总发射电流减小,二极管的阻抗增大。最后取引导磁场为1.5 T,阴极环厚为1 mm,得到重复频率100 Hz、束压827 kV、束流8.22 kA、脉冲波形之间重复性很好的均匀电子束输出。     

重复频率强流电子束二极管实验研究

 采用静电场模拟对二极管结构及导引磁场位形分布进行了优化设计，利用设计的二极管在高压脉冲发生器上进行了重复频率运行实验研究，给出了相应测试波形，并对不同材料阴极、不同真空度情况下二极管的发射特性进行了比较。在二极管真空度满足一定要求（p＜0.01Pa）条件下以在重复频率方式运行时，不论是石墨阴极还是金属阴极，输出电子束流都比较稳定。设计的二极管电子束电压超过500kV，电流约5kA，脉冲宽度40ns，重复频率100Hz。     

电容储能型重频强流电子加速器控制系统

针对电容储能型重频强流电子加速器对自动控制的要求,研制了一套基于LabVIEW和PIC单片机的远程触发控制系统。本系统用普通的数据采集卡和单片机硬件实现了复杂的电路控制和时序控制,具有信号采集、调用表格数据、控制晶闸管触发等功能,以实现储能电容对变压器原边电容的稳定谐振充电。将该控制系统应用在重频强流电子加速器平台,重复频率运行时,能够保持原边电容充电的一致性和稳定性,系统长时间运行可靠、稳定、抗干扰能力强。     

用于强流电子束加速器的大功率匹配负载的研制

研制了一种电阻值为20 W的用于强流电子束加速器调试的大功率匹配负载。该负载已应用于基于水介质螺旋脉冲形成线强流电子加速器的调试。在该匹配负载上获得了较好的电压和电流波形,其电压幅值为200 kV,电流为9 kA,脉冲半高宽为150 ns。根据研制的匹配负载的几何尺寸,对该匹配负载的电感、电容进行了理论计算,得到的电感和电容值分别为2.12×10-8 H和4.51×10-10 F;并用PSpice软件对脉冲方波加载到匹配负载进行了模拟计算,用ANSYS软件对匹配负载的电场分布进行了模拟,理论和模拟结果与实验测量值基本一致。该匹配负载具有电感小和结构简单等特点,对匹配负载温升的理论计算表明,该匹配负载也可以用于重复频率小于10 Hz的加速器调试。     

用于强流电子束加速器的大功率匹配负载的研制

 研制了一种电阻值为20 W的用于强流电子束加速器调试的大功率匹配负载。该负载已应用于基于水介质螺旋脉冲形成线强流电子加速器的调试。在该匹配负载上获得了较好的电压和电流波形,其电压幅值为200 kV,电流为9 kA,脉冲半高宽为150 ns。根据研制的匹配负载的几何尺寸,对该匹配负载的电感、电容进行了理论计算,得到的电感和电容值分别为2.12×10^-8 H和4.51×10^-10 F;并用PSpice软件对脉冲方波加载到匹配负载进行了模拟计算,用ANSYS软件对匹配负载的电场分布进行了模拟,理论和模拟结果与实验测量值基本一致。该匹配负载具有电感小和结构简单等特点,对匹配负载温升的理论计算表明,该匹配负载也可以用于重复频率小于10 Hz的加速器调试。     

测量强流电子加速器输出电压的电容分压器

研制了一种结构简单、拆装方便的自积分电容分压器,用于测量强流电子加速器二极管输出电压。介绍了电容分压器的结构,计算了其电容量,并通过仿真的方法分析了前端电阻及其杂散参数对测量波形的影响,结果表明：当前端电阻杂散电容较大时,测量波形出现过冲现象;而前端电阻对地电容较大时,会影响测量波形的前沿。将电容分压器用于测量强流电子加速器二极管输出电压,并运用水电阻分压器对其进行了标定,所测得波形与电阻分压器基本一致,分压比为563 007,可以用于测量半高宽为100 ns的高压脉冲。     

High-power, Intense-current DensityPseudospark Electron Beam Drivenby a Modified Pulsed Line Accelerator

l.IntroductionPscudosparkdischargeisakindofgasdischargewhichoccursinaspecialgcometry,theso-calledPseudosparkChambcr(PSC),athighvoltages(lokV~rlMV)andlowpressures(lpa-loopa).ThePSCconsistsofahollo`vcathodeandaplateanodebothwithacommoncentraldischargechannel.Wllenaninsulatorisinsertedbetweenthehollowcathodeandtheanode,thisdeviceiscalledthesinglcgapPSCi``ithstacksofalternativeinsulatorandinter-mediateeleqtrodebeingplaced,itiscallcdthemultiplegapPSC.Thepseudosparkelectronbeamshavebeengenera…     

1.2MeV电子加速器束流聚焦性能的研究

用二维全电磁PIC方法模拟了1.2MeV电子加速器束流聚焦过程,分析了计算结果. 特别研究了电子枪结构、阳极结构和极间电压分布等初始条件的影响, 得到了一些有价值的物理规律.     

大功率电子加速器的辐射灭菌效果研究

在中国科学院近代物理研究所自行研制的大功率电子加速器上, 研究了不同辐照剂量的电子束对大肠杆菌、 金黄色葡萄球菌和变形杆菌3种微生物的杀灭效果, 同时检测了辐照后菌体超氧化物歧化酶（SOD）活性的变化。 结果显示: 辐照剂量达到2.0 kGy时, 可完全杀灭金黄色葡萄球菌, 2.2 kGy时可完全杀灭大肠杆菌和变形杆菌; 辐照对3种微生物的SOD活性有较显著的影响。 To study the effects of radiation sterilization of the electron beam, the three species of microorganisms, Escherichia. coli, Staphylococcus aureus and Proteus vulgaris were irradiated with the electron beam, delivered by the electron accelerator independently developed by the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, and the changes of superoxide dismutase (SOD) activity of these irradiated microorganisms were also tested. The results indicated that the Staphylococcus aureus were fully radio sterilized with the radiation dosage of 2.0 kGy, but 2.2 kGy to the Escherichia.coli and Proteus vulgaris. Moreover, the data also demonstrated that the irradiation had noticeable effects on the SOD activity of the three microorganisms.     

厚针孔成像实时监测高能加速器束斑系统

为了方便地测量封有内靶的高能电子加速器束斑,采用了一种基于厚针孔成像技术的动态监测系统.本文给出了采用该系统在15MeV电子直线加速器束流打靶后的束斑测试结果,并简要介绍了成像原理和处理办法.通常的“三明治”方法需要冲洗X光胶片,整机调试时更要多次冲洗,效率较低.与之相比厚针孔成像方法可以实时成像,配合调机及时观察束斑的变化情况,使加速器参数调整有的放矢,提高了调机效率.     

带有质量分析系统的强流质子束低能传输线研究

强流质子源与低能传输线（LEBT）是作为CIADS注入器的超导强流质子直线加速器的关键前端系统。目前LEBT采用双螺线管匹配结构设计,并安装有限制锥,但仍然不能避免少量H₂+和H₃+进入后端加速装置,这对直线加速器长期运行稳定性与可靠性会产生一定影响。为此,在LEBT加入分析磁铁对混合束（H+,H+2,H₃+）进行分离再注入后端加速器腔体,将是一个有效的方案。本研究对经过带有30度分析磁铁的LEBT的强流质子束的束流品质进行了模拟与实验测量。结果表明,分析磁铁高阶磁场的影响使经过分析磁铁的强流质子束束流品质变差,并且该影响随着束流包络的增大而增大。这些结果为CIADS注入器的低能传输线设计提供了参考依据。High current proton source and the low energy beam transport(LEBT) are the key front-end systems for CIADS injector:high current proton linac accelerator. CIADS injector's LEBT adopts double solenoid matching structure, using a limit cone which can partially avoid H₂+ and H₃+ which injecting into the back-end linac accelerator may impact the long-term stability and reliability of the whole system. It will be an effective method to separate the hybrid ions (H+, H₂+, H₃+) by adding a dipole magnet at LEBT. In this article, we simulated and mesasured the high current proton beam quality behind the LEBT with a 30 degree dipole. The results show that the the proton beam quality is significantly effected by high-order magnetic fields of the dipole magnet, and the effect increases with the increase of the beam envelope. The achieved result is useful for the LEBT design of CIADS injector.     

新型电子束源—虚火花放电室设计

提出一种新型的脉冲线加速器驱动的高功率，强流密度，低发射率，高亮度电子束源－虚火花放电室的初步设计。基于空心阴极效应和虚火花放电经验公式，确定了空心阴极，多隙阴－阳极，取及工作气压范围，最后提出关于虚火花产生高亮度电子束源的总体实验方案。     

具有时间分辨能力的高能强流电子束光学渡越辐射测量系统

光学渡越辐射作为高能强流电子束束流参数测量的一种方式, 具有时间响应快、分辨率高等特点, 可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数；通过电子束束参数的时间分辨测量则能够了解电子束产生、运输中的问题, 非常有利于加速器的研究与调试. 一种具有时间分辨能力的、利用光学渡越辐射进行高能强流电子束参数测量的系统被建立起来, 并应用到了18.5MeV, 2.5kA, 90ns的实际的电子束束参数的在线测量中, 具有以10ns的时间间隔和3ns的曝光时间来获得90ns内相应的时间分辨的束发射度的变化值的能力, 为加速器的研究提供了又一个强有力的测试手段. 该系统具有的时间分辨能力最高到达10ns, 一次可以拍摄到8幅图像, 最小的曝光时间为3ns, 图像分辨率为1376×1035, 幅面可以达到φ80mm以上.     

高能重离子加速器次级中子屏蔽的理论估算

用R.Madey等人提出的由核反应参数计算屏蔽的方法,计算了入射离子单核能为0.6、1.2GeV¹²C束轰击厚Cu靶的次级中子屏蔽.当入射离子束流为1×10¹³ions/s时,其前向和侧向混凝土屏蔽厚度分别为9.8、4.8m(对0.6GeV)和11.5、6.9m(对1.2GeV).     

强流电子束入射弯曲宏观石英管的导向效应研究

研究了强流（~129 nA）、 高能（1 500～1 900 eV）电子束在大角度(9°)弯曲宏观石英管中的导向效应。 实验分别测量了入射流强及能量对出射电子角分布值（FWHM）和传输效率的影响。 实验观察到出射电子角分布FWHM随着入射电子流强和入射电子能量增加变化均不明显; 发现电子传输效率随入射流强增加而增加, 但随入射能量增加而减小, 这与高电荷态离子导向中离子传输效率随入射能量增加而增加的现象相反。 分析发现, 与高电荷态离子导向机制不同, 电子束导向并非是由电子在石英管内壁的自组织充电过程引起的, 而是入射电子与管内壁弹性和非弹性散射碰撞共同作用的结果。 By using an incident electron beam with the high current and high energy, the guiding effect of the bended macroscopic quartz tube for the electron beam has been investigated. The angular distributions of outgoing electrons depending on the current and energy of incident electrons were measured. The dependences of electron transmitted fraction on energy and current of incident electrons are also shown. As the incident electron energy increasing, the electron transmitted fraction increases, but it decreases while the incident electron current increasing. The results have been compared with the present data. This work presents, the process of guiding electrons is essentially different from that of guiding highly charged ions, the guiding electron beam was caused by both elastic and inelastic collisions between electrons and inner walls of quartz tube, rather than self organized charging effect on the surface of inner wall of quartz tube.