300 MeV质子重离子同步加速器慢引出动力学研究

300 MeV质子重离子同步加速器是SESRI(空间环境模拟研究装置)的重要组成部分，慢引出系统动力学研究是该同步环设计的关键。引出系统采用三阶共振慢引出与RF-Knockout(RF-KO)方案为终端提供2～8 s准连续束，在引出静电偏转板处利用3-bump局部凸轨可适当调节螺距和引出角度，但同时也会减小水平工作点，缩小相空间稳定区面积，影响束流正常引出。模拟结果表明，凸轨内二极磁铁和六极磁铁会引起水平工作点减小，造成引出初始阶段粒子大量溢出。因此，基于自主编写的粒子追踪程序SESP对束流时间结构进行了分析，并通过优化激励调幅曲线改善了束流时间结构的均匀性。     

兰州重离子加速器冷却存储环慢引出控制系统

兰州重离子加速器冷却存储环为了进行深层重离子治疗肿瘤的实验,需要长时间、均匀地慢引出束流至高能束运线,以满足深层重离子治疗肿瘤的束流要求。慢引出控制系统采用加速器控制系统的同步时间信号来进行同步控制以实现整个过程控制;当加速器控制系统的同步事例的同步触发信号进行触发控制以及数据切换（频率值、tune值、电压幅值）,波形发生器通过这三个数据信息产生相应的波形及进行放大器放大并控制静电偏转板以实现束流RF-KO方式慢引出。慢引出控制系统的同步事例接收器主要由FPGA与光纤接口组成,实现同步事例的高速稳定传输与强抗干扰性。深层重离子治疗肿瘤的正常运行以及冷却存储环已实现104 s超长周期的慢引出实验表明,慢引出控制系统能实现实验束流需求的慢引出。     

小型医用质子同步加速器的慢引出设计

 围绕北京医用质子同步加速器的方案, 研究设计了1/3整数共振的慢引出系统。利用该系统, 可获得较高的引出效率(大于95% )、较小的引出束流发射度(在静电切割器处, 积分发射度为0.15πmm·mrad)、较窄的引出动量分散(0.12% ) 以及较均匀的引出束流。     

强流重离子加速器装置的增强器慢引出系统

中国科学院近代物理研究所承担的强流重离子加速器装置目前已进入了初步设计阶段。增强器作为该装置的主加速器,可利用双向涂抹技术将238U35+束的粒子数累积至1.0×1011,并将其从注入能量为17 MeV/u加速至高能量,引出能量的范围为200-835 MeV/u。为了提供s量级的准连续束以开展辐照实验,增强器中设计了慢引出系统,该系统将采用三分之一共振与RF-knockout的引出方法。同步加速器中有两种不同种类的六极磁铁,用于实现色品校正与共振驱动,并在设计中考虑了两者能同时运行并互不影响。针对增强器中不同引出能量的238U35+束,对其相应的稳定接受度模拟结果进行了比较,并给出了在引出静电偏转板处的光学匹配参数,这将为增强器中重离子束的慢引出及放射性次级束流分离器的入口光学设计提供重要的理论依据。     

基于现场可编程门阵列的束流快引出控制系统设计

 为实现兰州重离子冷却储存环主环束流的快引出，采用一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的引出控制系统。在FPGA单元设计中，采用数字倍频技术来实现对Kicker磁铁在1个高频周期内充放电时间的精度控制。经测试，该控制系统对存储环中运行束流位置的跟踪可调节时间步长为5 ns。当高频频率为1.4 MHz时，在0~360°范围内可实现约2.5°相位精度的Kicker触发。     

2.45GHz ECR 强流等离子体源核心部件设计与实验研究

电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)等离子体源能产生高电荷态离子、高流强的单电荷态离子,提供稳定的束流和良好的重复性.核心部件的设计对ECR等离子体源是至关重要的,磁场对等离子体的生成和分布有直接影响,良好的磁场可以提高等离子体的性能和效率.采用有限元分析方法对ECR等离子体源磁场进行分析与设计,得到了满足设计需求与目标的磁场位形,通过高斯计对设计的永磁环轴向磁场精确测量,发现磁场仿真结果与实验结果吻合比较好,只是轴向磁场最大值及对应位置上有点偏差.通过集成实验,研究核心部件对离子源引出束流强度的影响,引出束流稳定且强度达到7 m A.     

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。     

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。     

强流ECR离子源引出系统研究

为了提高强流ECR 离子源的引出束流品质,分别设计了1# 和2# 引出系统,利用束流引出模拟软件PBGUNS 对1# 和2# 引出系统进行了质子束流引出与传输的模拟计算,结合实际测得的发射度数据分析引出系统,发现2# 引出系统比1# 引出系统引出束流品质高。对ECR 离子源引出系统的电势等位线分布等参数引起的球差进行了简单数学推导及MATLAB 绘图,并结合1# 和2# 引出系统束流相图模拟结果证明了球差会使引出束流品质有效发射度增长,通过适当加大电极孔径可改善束流聚焦情况,得到了束流光学聚焦较好的束流引出系统设计。To improve the quality of extracted ion beam from a high current ECR ion source, 1# and 2# extraction systems were designed and tested. The PBGUNS code was used to simulate the 1# and 2# extraction systems of proton ion beam. The emittance measurement results with the two different extraction systems were compared and analyzed with the simulation, the conclusion that more high quality beam extracted from 2# system than 1# system was got. The formula derivation of ECR ion source extraction system spherical aberration and MATLAB drawing was done by the analyzing on the distribution of extraction field equipotentials, effective emittance increasing caused by spherical berration was proved by 1# and 2# extraction systems beam phase space simulation result, beam focusing would be improved if electrode hole size increasing appropriately and a general concept on good optics focusing of ion beam extraction system was proposed finally.     

ECR离子源束流引出与传输的研究

针对ECR离子源的束流引出及传输研究，在中国科学院近代物理研究所的LECR3离子源实验平台上开展了大量的实验. 实验中研究了等离子体电极引出孔径、反射电极(抑制电极)偏压以及Glaser透镜等因素对束流引出与传输的影响. 研究的重点是试图通过系列实验与分析来研究如何能更有效地引出强流离子束流并减小其在传输空间的损失. 给出了实验的主要结果，结合这些数据对ECR离子源的束流引出与传输进行了较全面的分析，并综合这些实验结果与分析结果得出了该物理过程的一般物理图像.     

Combination of multiple tools for surface manipulation of polar molecules

A scheme of surface manipulation and control of polar molecules is proposed, which combines three tools of electrostatic velocity filtering, bunching, and storing. In the scheme, a slow molecular beam is produced from an effusive beam by surface velocity filtering. Then the velocity spread of the slow molecular beam is compressed by a buncher consisting of a series of electrodes. Following that the molecular beam with a narrow velocity spread is stored in a storage ring. Using ND_3 molecule as a tester, the feasibility of our scheme is analyzed theoretically and verified via numerical simulations that cover all three manipulation processes. The results show that cold molecular samples can be prepared from a thermal gas reservoir and stored in the storage ring with more than 10 round trips. Our combined scheme facilitates the production and manipulation of polar molecules, offering new opportunities for basic research and intriguing applications such as quantum information science and cold collisions.     

Study of Layout Principle and Simulated Calculation for a Resonant Extraction System

Based on the general theory and related technique of 1/3 integer resonant extraction, main principle of layout for momentum-amplitude selection method is studied in detail and some simple analytic formulae are given. The design of slow extraction system for Beijing Proton Therapy Synchrotron (BPTS) is then given as an example by considering its lattice. The results are also compared with simulated calculation. Study shows that an extraction beam for BPTS with extraction efficiency above 98% and momentum spread of 0.11 % can be obtained.     

共振引出系统的布局研究和模拟计算

在介绍1/3整数共振引出基本理论和相关技术的同时,通过简明的解析公式,详细研究和分析了共振引出系统的布局原理.以一台小型医用质子同步加速器的磁铁聚焦结构为基础,给出了设计实例,并与计算机模拟结果进行了比较.     

用于重离子治癌回旋引出的实时流强测量系统北大核心CSCD

为满足重离子治癌加速器装置(HIMM)回旋加速器引出段束流流强的测量需求,设计了新的束流流强测量系统,该系统利用积分电流变换器(ICT)及锁相放大器等配套电子学,能够实现束流流强的非拦截实时测量。文中首先分析了中能束线(MEBT)束流流强的测量需求,并对设计方案进行了实验室系统分析和在线束流强测量。实验室结果表明,锁相放大器的幅度和相位响应一致性满足测量需求。由于ICT对束流流强的测量是相对测量,先使用法拉第筒对ICT进行在线标定;标定前先对法拉第筒(FC)(20μA档位)和ICT系统的流强分辨在线测量,分别为6.45 nA和5.163 nA。由于束流抖动的影响,测量的束流的稳定性约90 nA,其对应的相对测量误差约8%,ICT系统响应时间小于1 ms。测量结果表明,该系统满足物理测量需求。回旋加速器高频系统参数变化引起ICT标定系数变化的工作将在进一步工作中展开。     

研究堆慢正电子源构建中的关键机理问题

研究堆慢正电子源是获得高强度慢正电子束流的有效方式,国际上己建成多座装置并获得广泛应用.与常规同位素慢正电子源相比,研究堆慢正电子源的物理过程复杂,影响末端束流强度的因素众多,对其进行深入研究与合理建模是未来在中国绵阳研究堆(CMRR)上构建慢正电子源的基础.本文厘清了研究堆慢正电子产生的关键过程与物理机理,建立了预测末端正电子束流强度的理论模型,找到了影响其末端强度的主要物理量:快正电子体产生率、慢化体有效表面积、慢化体扩散距离、慢正电子从表面被提取到靶环末端的效率、及束流系统提取效率.用多种实验结果对模型进行校验,包括多个同位素慢正电子源的效率测量值,以及PULSTAR研究堆慢正电子源测量结果,充分验证了模型正确性.根据模型对各物理量的影响因素进行了分析,找到了需着重关注的影响因素,对未来源/靶结构的设计给出建议.     

Design study for a 500 MeV proton synchrotron with CSNS linac as an injector

Using the China Spallation Neutron Source(CSNS) linac as the injector, a 500 MeV proton synchrotron is proposed for multidisciplinary applications, such as biology, material science and proton therapy. The synchrotron will deliver proton beam with energy from 80 MeV to 500 MeV. A compact lattice design has been worked out, and all the important beam dynamics issues have been investigated. The 80 MeV H-beam is stripped and injected into the synchrotron by using multi-turn injection. In order to continuously extraction the proton with small beam loss,an achromatic structure is proposed and a slow extraction method with RF knock-out is adopted and optimized.     

Jefferson Lab injector development for next generation parity violation experiments

To meet the challenging requirements of next generation parity violation experiments at Jefferson Lab, the Center for Injectors and Sources is working on improving the parity-quality of the electron beam. These improvements include new electron photogun design and fast helicity reversal of the Pockels Cell. We proposed and designed a new scheme for slow helicity reversal using a Wien Filter and two Solenoids. This slow reversal complements the insertable half-wave plate reversal of the laser-light polarization by reversing the electron beam polarization at the injector while maintaining a constant accelerator configuration. For position feedback, fast air-core magnets located in the injector were commissioned and a new scheme for charge feedback is planned.