同步加速器中束流能量的修正

叙述了同步加速器中束流能量测量和修正的原理,推导出关于闭合轨道畸变和校正二极子强度的束流能量的修正公式,介绍了这些公式在北京正负电子对撞机（BEPC）上的应用,并对其结果进行了讨论．     

阴阳极等离子体运动对强箍缩离子束二极管束流特性的影响

 主要研究了阴阳极等离子体运动对“闪光二号”加速器强箍缩离子束二极管束流特性的影响。给出了考虑阴阳极产生的等离子体运动对二极管间隙影响的Child-langmuir流、弱聚焦流、强聚焦流和饱和顺位流4个阶段的离子流和二极管总束流修正公式，利用这些修正公式计算的二极管总束流和离子束流强度与实测结果符合很好，在此基础上分析了提高离子束流强度和效率的方法，通过调整加速器参数，实验得到了峰值能量约500 keV，峰值电流约160 kA的高功率离子束。     

双束等离子体尾波加速中的束流相对能散预测

针对空泡机制中的双束等离子体尾波电子加速设计,给出了能够快速得到被加速束流在最大加速距离下的相对能散的预测公式。通过加速初始时刻束流纵向分布以及束流所处位置的纵向尾波场可得到束流最终相对能散。该预测公式不仅可应用于驱动束流与被加速束流初始能量相同的情况,还可应用于两个束流初始能量不相同的情况。由该预测公式得到的束流相对能散与被加速束流和驱动束流的初始能量的比值有关,而与两个束流初始能量的数值无关。利用准静态近似的粒子网格模拟程序QuickPIC对理论进行了模拟验证,模拟结果与理论预期结果一致。     

HLS-Ⅱ直线加速器能量调节及应用

为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节,设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量,储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量;使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描,获得各加速段的能量增益公式;定量调节速调管的输出相位和高压,实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明,该方案能快速实现束流能量调节,调节后的束流具有良好品质,束流横向能散小于0.22%,注入速率明显改善。     

均匀取样电磁量能器能量纵向泄漏的修正

研究对铅-闪烁光纤夹层电磁量能器能量纵向泄漏的纠正.对AMS02电磁量能器2002年束流测试的数据进行了分析,用Γ函数拟合的方法和末层沉积能量法对量能器的能量纵向泄漏进行了修正.经过修正后的能量线性变好,能量分辨率显著提高.末层沉积能量法对于能量分辨率的提高效果更为明显.     

不同薄膜材料对α束流性能影响的模拟研究

由于回旋加速器引出的束流能量固定,为了满足不同实验对束流能量的不同需求,需要对束流的能量进行调节.为此,研究了利用薄膜材料对束流能量进行改变的可行性.用SRIM程序分析计算了30 MeVα束流(回旋加速器引出能量)穿过金刚石、铝和铜材料后的射程,确定了材料厚度与所需能量之间的关系.利用G4Beamline程序计算了束流...     

栅扫描重离子束治癌束流配送系统对运动靶区的适形放疗(Ⅱ)可行性实验

在栅扫描束流配送系统下, 进行了重离子束对运动靶体进行适形照射的可行性实验研究. 利用实时修正束流扫描参数的方法, 使得束流追踪靶体在横向上的运动; 在纵向上利用一个机械驱动的束流降能装置(称深度扫描器)迅速调节束流 能量, 使得重离子束高剂量的Bragg峰区落在运动靶体需治疗的断层之上. 实验结果表明: 栅扫描器主动补偿靶体横向运动及深度扫描器补偿靶体纵向运动是可行的.     

AMS02电磁量能器三维重建

研究了AMS02电磁量能器簇射三维重建, 发展出一个新的三维重建程序, 并用 蒙特卡罗模拟以及2002年束流测试数据对其进行了检验．该程序应用两次方向 重建、结合光纤衰减修正、横向以及纵向能量泄漏补偿, 完整地对事例进行了 重建, 得到了较为理想的能量分辨率和角度分辨率．     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ束测系统（英）

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ,包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔,注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要,注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量,以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。     

烧蚀对强脉冲离子束在高分子材料中能量沉积的影响

高能量密度纳秒量级强脉冲离子束辐照材料表面的烧蚀产物和束流的相互作用,可能对束流在靶中的能量沉积产生影响,进而影响烧蚀情况下的束流分析和相关应用的优化.本文采用红外成像方法对横截面能量密度1.5—1.8 J/cm~2的强脉冲离子束在304不锈钢和高分子材料上的能量沉积进行了测量分析.结果表明在高分子材料上,在超过一定能量密度后,束流引发材料表面烧蚀产物的屏蔽效应使得大部分束流能量不能沉积在靶上.采用有限元方法对束流引发的温度场分布进行了计算,验证了高分子材料的低热导率以及低分解温度使其在脉冲辐照早期即开始热解,烧蚀产物对后续束流能量的进一步沉积产生屏蔽.此类效应在金属上存在的可能性和对束流诊断等应用的影响,亦进行了讨论.     

超快电子衍射装置的束流能量反馈控制

上海交通大学的超快电子衍射(UED)装置由一台电子直线加速器作为驱动,电子枪为一台光阴极微波电子枪。加速器在运行中电子枪会偶尔打火,腔体失谐,造成束流损失,束流能量产生变化,束流需要很长时间才能恢复到初始状态,影响了用户的使用。为此,对低电平控制器(LLRF)的幅度相位控制环路进行了改进,增加了能量反馈,代替了幅度反馈,通过对束流的中心位置进行实时的反馈以控制低电平控制器输出信号的幅度,保证了电子束流的能量稳定和电子枪加速场强的稳定。长时间的稳定性测试表明,电子枪在打火产生时,束流能量可以很快恢复,能量抖动由4.2933×10^-4(RMS)提高到2.8557×10^-4(RMS),实现了束流能量的长期稳定。     

大连先进光源束流垃圾桶屏蔽设计及热工分析

基于蒙特卡罗模拟软件FLUKA和有限元软件COMSOL对大连先进光源（DALS）束流垃圾桶的设计进行了初步研究。采用FLUKA软件进行了束流垃圾桶和主体建筑的建模,理论公式和模拟计算保证径向和轴向束流垃圾桶沉积能量在99%以上,计算中引入减方差技巧,降低计算结果的统计误差,相应的计算结果的误差在5%以内。同时计算给出侧墙和顶板位置的辐射剂量率的大小,侧墙两边的剂量率大小分别为1.84μSv/h和1.15μSv/h,顶板位置处的剂量率大小约为1.14μSv/h,保证了工作人员的安全与健康。利用COMSOL软件计算束流入射情况下束流垃圾桶的温度分布和热应力的大小,得到稳态情况下束流垃圾桶的最高温度为55.1℃,最大热应力大小为54.5 MPa,小于材料的熔点和屈服强度,保证束流垃圾桶在装置运行过程中的稳定性。     

利用电压异步调节束流能散度

对直线感应加速器加速电压的同步性对束流能散度的影响进行了分析,结果表明:考虑束流负载效应后,束流的不同部分将得到不同的能量增益,前后沿部分相对于平顶部分得到更多的能量增益,从而在一定程度上增加整个束流的能散度,限制了加速器光源尺寸的进一步减小。因此,提出利用调节加速电压异步的方法来调节束流不同部分得到的能量增益,从而在一定程度上降低整个束流脉宽期间的能散度。初步的试验结果也证明,加速电压的异步调节可以明显改变束流整体的的能散度。     

三维氢原子斯塔克效应中能量一级修正公式的求解

进一步简化了三维氢原子斯塔克效应微扰矩阵元的普遍公式,并给出了三维氢原子斯塔克效应中任意态能量的一级修正公式.     

中能Abrasion-Ablation模型的核内核子密度分布修正

将具体的核内核子(包括中子、质子)密度分布引入到中能Abrasion-Ablation模型中,用修正后的模型计算了30MeV/u ⁴⁰Ar+^natAg反应中的弹核碎裂过程.结果表明,在非常周边的碰撞中,修正后的模型计算的碎片截面与修正前的计算相比有明显的差别,反映了核密度边缘弥散的影响.与实验结果的比较验证了中能弹核碎裂碎片能量相对于束流能量的降低是由摩擦作用引起的.     

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。     

非均匀束团在储存环高频腔中产生的高次模功率

通过分析束流频谱与高频腔高次模的相互作用,提出了计算单束流和双束流储存环中非均匀束团产生的高频腔高次模功率的方法,推导出了这两种情况下的一般通用公式,并对所得到的解析结果进行了比较和讨论.     

低能强流混合离子束空间电荷补偿度研究

空间电荷效应是影响束流传输和束流品质的一个重要因素，特别是对于低能量强流离子束来说。离子束与束流传输线中的剩余气体分子通过电离反应等产生大量二次电子，受离子束的空间电势约束，可以部分补偿空间电荷效应。为了深入研究强流束在低能段的传输，需要准确测量束流的空间电荷补偿度(SCCD)，尤其是混合束流的SCCD。利用一台三栅网式能量分析仪和一台基于128通道皮安表系统构成的束流剖面探测器，分别测量了不同流强和束流分布下的混合O离子束的二次离子能量分布和束流流强分布，从而计算得出SCCD。实验结果表明，在1.0×10^-5 Pa的真空度下，不同流强的混合O离子束的SCCD基本在70%左右；不同束流分布对空间电势分布影响较大，对离子束的SCCD也会有一定程度的影响。     

粒子束团状态对测量束流发射度及能量的影响

为了验证国产质子注入器的参数是否满足需求,注入器团队设计了束流测量系统用于测量国产质子直线注入器束流的流强、发射度、能量以及能散等关键指标。此测量系统包含了采用变聚焦法测量发散度、采用分析磁铁测量束流能量和能散的主要功能。利用束流输运线设计软件Tracewin(版本2.11.4.1)进行了系统束线的物理设计,对束测系统测量质子束流的发散度和能量的精度进行了模拟计算。由于经过RFQ-(APF)DTL加速后的粒子束团为“拖尾”的非理想粒子束团,需要针对非理想束团对束测系统测量发射度和能量产生的影响进行分析。通过对模拟计算结果的分析,发现相对于测量理想粒子束团的结果非理想粒子束团对束测系统测量发射度精度影响较大;非理想粒子束团对束测系统测量能量精度影响较小。     

上海光源直线加速器的能量反馈控制

海光源恒流注入的运行模式,需要直线加速器提供持续、稳定和高品质的束流。阐述了八条形电极束流位置探测器(BPM)的工作原理及其对直线加速器至增强器低能运输线的束流进行能散的测量,并以（微波）幅度或相位作为调节参数,采用比例积分(PI)控制算法对束流能散进行反馈控制,实现了束流能量的长期稳定性,保证了直线加速器束流的高效率注入。