100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统和中心区物理设计

100MeV强流质子回旋加速器设计的引出质子束流强为大于200μA, 并计划提供脉冲束流. 轴向注入系统设计有两条注入线, 即1#和2#注入线. 1#注入线利用负氢束的中性化以解决强流连续束流的注入,为保证达到高中性化程度, 横向聚焦均采用磁元件; 2#注入线的设计目的主要是提供一定流强的脉冲化束流,由于脉冲化负氢束的中性化过程难以建立, 因此, 横向聚焦元件均为静电元件. 两条线合理的结构设计使得注入系统可方便切换运行模式. 采用包含空间电荷力的光学计算程序, 匹配不同中性化程度的注入束流光学特性, 匹配工作的重点在于高达40°的高频相位接收度. 从离子源出口到粒子加速前15圈的连续匹配计算结果表明: 所设计的注入系统可有效地控制束流包络, 减少束流损失; 中心区高的高频接收度使设计的100MeV质子回旋加速器具有加速强流负氢束的能力.     

IH型永磁漂移管加速腔初步设计

设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔。通过迭代设计,使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致。设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV,长度0.96 m,分流阻抗约90 M/m。不考虑束晕和误差因素,50 mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级。     

IH型永磁漂移管加速腔初步设计

设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔。通过迭代设计,使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致。设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV,长度0.96m,分流阻抗约90 MΩ/m。不考虑束晕和误差因素,50mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级。     

离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响

为了研究30 cm离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响,建立了束流引出模型,并采用PIC-MCC方法对CEX离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算,最后将计算结果与1500 h寿命试验结果进行比对分析。结果显示：束流正常聚焦时,在3 kW和5 kW两种工作模式下,加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11～1.72)×10⁻¹⁵ kg/s及(1.22～1.26)×10⁻¹⁷ kg/s。在5 kW工况下,当屏栅上游等离子体密度达到4.03×10¹⁷ m⁻³时,束流出现欠聚焦现象,此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10⁻¹⁵ kg/s和4.02×10⁻¹⁵ kg/s;在3 kW工况下,当屏栅上游等离子体密度达到0.22×10¹⁷ m⁻³时,束流出现过聚焦现象,此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10⁻¹⁵ kg/s和5.01×10⁻¹⁵ kg/s。寿命试验结果表明,加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小,而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击,导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。经研究认为,对屏栅小孔采用变孔径设计,是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下,CEX离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率,并提升推力器工作寿命的有效措施。     

一种新型、紧凑、高效电子直线加速器加速管的设计研究

对一个新型、紧凑、高效的电子直线加速器的加速管的设计,进行了等阻抗与等梯度两种结构的比较研究.对于使用一个5MW速调管的能量和相位经过选择的用毕束流注入到两种加速管的情况应用Parmela程序进行了模拟计算.说明宜于加工和调试的等阻抗加速管更为适宜.最后,简单地讨论了如用更高功率(如30MW?,相应加速能量约为30MeV)的速调管用毕束流作为这种新型加速器的注入束时,等阻抗加速结构除了在设计、加工、调试中的简单易行外,同时模拟结果表明整个加速管无需外加横向聚焦磁场.     

SFC新引出系统的物理设计研究

兰州重离子加速器(HIRFL)是一个回旋加速器组合系统. 它的注入器是K=69的扇聚焦回旋加速器.在十多年运行过程中, 曾做过两次较大的改进, 使加速的束流种类及流强都有了显著的改善.但由于SFC的引出效率比较低, 只有30%左右, 一方面损失了大量束流, 另一方面许多束流损失在引出静电偏转板上, 造成了大量出气, 破坏了真空, 难以维持长期大束流运行. 文章重新对SFC引出系统进行了物理设计研究, 在真实磁场的基础上做了大量计算工作, 得到了一个新的引出 系统方案.     

强流脉冲束在静电加速管中传输研究及模拟计算

为了研究强流脉冲束流在静电加速管中的传输, 采用矩阵法分析了非强流脉冲束流与强流脉冲束流在静电加速管中的传输矩阵, 编写了束流在静电加速管等元件中传输的计算程序ACCT。 用优化方法实现给定的光学条件, 用迭代方法计算强流脉冲束流的空间电荷效应对束流传输的影响以获得自洽解。 在不同束流流强条件下, 利用ACCT、TRACE-3D和TRANSPORT等程序进行了模拟计算, 并对模拟结果进行了比较分析。 模拟结果表明, 提高加速电压比, 可以增强静电加速管的聚焦能力、 减少束流损失和提高传输效率。To study intense pulsed beam transfer in electrostatic accelerate tube, the matrix method was applied to analyze the transport matrixes in electrostatic accelerate tube of non-intense pulsed beam and intense pulsed beam, and a computer code was written for the intense pulsed beam transporting in electrostatic accelerate tube. Optimization techniques were used to attain the given optical conditions and iteration procedures were adopted to compute intense pulsed beam for obtaining self-consistent solutions in this computer code. The calculations were carried out by using ACCT, TRACE-3D and TRANSPORT for different beam currents, respectively. The simulation results show that improvement of the accelerating voltage ratio can enhance focusing power of electrostatic accelerate tube, reduce beam loss and increase the transferring efficiency.     

强流RFQ加速器的匹配设计方法研究

模拟计算和束流实验证明不匹配是直线加速器中强流束产生束晕的直接原因. 束晕的产生将导致束流品质下降和束流丢失, 也使得不匹配成为引起束流丢失的主要原因. 为了提高强流RFQ加速器中束流的传输品质和提高传输效率, 在分析了RFQ加速器中束流不匹配的原因之后, 提出了基于常规四部曲方法的匹配动力学设计方法. 该设计方法可以有效地抑制发射度增长和提高束流的传输效率.     

HIRFL-SFC采用平顶波加速的模拟研究

近代物理研究所针对改善兰州重离子加速装置注入器(HIRFL-SFC)引出束流的品质,将主要考虑改进高频系统以提高Dee盒的加速电压、增加一个相位狭缝和采用平顶波加速等。其中采用平顶波加速可以有效地减小扇形聚焦回旋加速器(SFC)引出束流的能散并且提高其自身的传输效率。采用回旋加速器束流模拟程序AGORA对SFC进行模拟计算,并比较有无平顶波加速系统下束流品质的变化。结果表明,采用平顶波加速后,SFC的引出束流能散明显减小,而且在引出偏转板入口处束流的径向尺寸及圈间距满足单圈引出的条件。     

双圆筒加速透镜中强流束传输的模拟

用矩阵法分析非强流束流与强流束流在双圆筒加速透镜中的传输,编写束流在双圆筒加速透镜等元件中传输的计算程序DCALENS.采用优化方法实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解.在不同束流流强条件下,用DCALENS程序进行模拟计算,并对模拟结果进行比较分析.结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷力越强;束流流强大于2 A时,束流包络曲线发散明显.     

Introduction to the overall physics design of CSNS accelerators

The China Spallation Neutron Source (CSNS) is an accelerator-based facility. The     

Introduction to the overall physics design of CSNS accelerators

The China Spallation Neutron Source (CSNS) is an accelerator-based facility. The accelerator of CSNS consists of a low energy linac, a Rapid Cycling Synchrotron (RCS) and two beam transport lines. The overall physics design of CSNS accelerator is described, including the design principle, the choice of the main parameters and design of each part of accelerators. The key problems of the physics design, such as beam loss and control, are also discussed. The interface between the different parts of accelerator, as well as between accelerator and target, are introduced.     

A lattice scenario for a proton radiography accelerator

A proton radiography system is an accelerator-based facility.Especially high-energy proton radiography is an advanced hydrodynamics diagnostic tool,and it is the trend of radiography technology development.In this paper,a 20 GeV accelerator complex scenario,including a 35 MeV linac,a 1 GeV booster and a 20 GeV main ring,is introduced.The overall physics design of the proton radiography accelerator is described,including the design of each part of the accelerator and the choice of the main parameters.     

Physical design of a 10 MeV LINAC for polymer radiation processing

In China, polymer radiation processing has become one of the most important processing industries. The radiation processing source may be an electron beam accelerator or a radioactive source. Physical design of an electron beam facility applied for radiation crosslinking is introduced in this paper because of it’s much higher dose rate and efficiency. Main part of this facility is a 10 MeV travelling wave electron linac with constant impedance accelerating structure. A start to end simulation concerning the linac is reported in this paper. The codes Opera-3d, Poisson-superfish and Parmela are used to describe electromagnetic elements of the accelerator and track particle distribution from the cathode to the end of the linac. After beam dynamic optimization, wave phase velocities in the structure have been chosen to be 0.56, 0.9 and 0.999 respectively. Physical parameters about the main elements such as DC electron gun, iris-loaded periodic structure, solenoids, etc, are presented. Simulation results proves that it can satisfy the industrial requirement. The linac is under construction. Some components have been finished. Measurements proved that they are in a good agreement with the design values.     

Design studies of a 100 MeV proton linear accelerator

Design details of a 100 MeV proton linear accelerator (Alvarez system) operating at a resonating frequency of 400 MHz have been studied. Increase in the linac operating frequency has become feasible with the possibility of injecting protons from a radio frequency quadrupole accelerator with energies higher than the conventional pre-injectors. Various electrical parameters of such a system have been calculated and compared with the existing linac injectors operating at 200 MHz.     

准周期聚焦–加速耦合系统的均温设计方法

强流质子直线加速器要求严格控制束流损失和束流发射度增长.理论已经证明,强的空间电荷作用在不同自由度之间的耦合,会因为其间的温度差异,通过束流的相干不稳定性,使束流发射度增长.因此,有必要按照均温的原则设计强流加速器.但是,由于质子直线加速器的各种加速结构均为准周期耦合系统,使得均温设计十分繁琐而难以达到完全均温.我们利用国际上通用的束流动力学软件TRACE3-D,给它补充了均温设计功能,通过与PARMILA程序的配合使用,可以方便地在加速器设计中实现均温条件.本文将介绍我们对TRACE3-D的修改补充,并以强流质子直线加速器设计实例,说明均温设计的必要性.     

中国加速器驱动次临界系统主加速器初步物理设计

中国加速器驱动次临界系统（C-ADS）计划采用一个平均流强为10 mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器,驱动加速器的束流功率为15 MW,最终能量1.5 GeV,其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分,完成束流能量从10 MeV到1.5 GeV的加速,所有加速腔均采用超导结构。为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏,设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限,因此加速器在设计过程植入了容错机制,尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。介绍了C-ADS主加速器的基本设计: 总长度306.4 m, 束流的归一化RMS发射度增长控制在5%以内。总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。     

中国加速器驱动次临界系统主加速器初步物理设计

中国加速器驱动次临界系统（C-ADS）计划采用一个平均流强为10 mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器,驱动加速器的束流功率为15 MW,最终能量1.5 GeV,其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分,完成束流能量从10 MeV到1.5 GeV的加速,所有加速腔均采用超导结构。为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏,设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限,因此加速器在设计过程植入了容错机制,尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。介绍了C-ADS主加速器的基本设计: 总长度306.4 m, 束流的归一化RMS发射度增长控制在5%以内。总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。     

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。