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.     

230MeV质子回旋加速器超导线圈拉杆结构研究

该院承研的230Me V质子回旋加速器是中核集团在研的质子治疗系统的核心装置。230Me V质子回旋加速器具有常温铁轭与4叶片螺旋扇磁极结构,采用超导线圈励磁,具有结构紧凑、运行功耗低的特点。230Me V质子回旋加速器的超导线圈通过拉杆在低温恒温器中进行定位和位置调节。拉杆按照周向位置分4组共12根,每组包括轴向向上、轴向向下、径向3个方向的拉杆。分析了拉杆结构以确保拉杆中各零件满足强度要求,研究了拉杆的调节方法和步骤,并在超导线圈降温过程中对拉杆进行了调节。通过对拉杆结构的研究,保证了超导线圈与常温主磁铁的相对位置关系,为回旋加速器质子束流的顺利引出提供条件。     

230 MeV超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制

在230 MeV超导回旋加速器中,磁场调节棒及其驱动系统是束流调试的重要辅助装置。为满足束流对中和束流引出所需的磁场,设计并研制了16套磁场调节棒及其驱动装置。机械执行机构采用美国Thomson公司的精密直线执行器,其重复定位精度为±0.01 mm,位置传感器采用德国Novotechnik公司的直线位移电子尺,其重复精度为0.002 mm。此外,运动控制采用PLC加直线位移传感器负反馈闭环的方案。在实际工况下,系统定位精度达到0.05 mm,重复精度达到±0.02 mm,优于设计要求。此外,对该系统进行了静电放电测试、电快速瞬变脉冲群测试和浪涌抗扰度测试,结果满足医用电气设备电磁兼容标准YY 0505-2012/IEC 6060 1-1-2:2004的要求。该驱动系统的研制,克服了在强电离辐射、高磁场强度、狭小安装空间的特殊环境中达到高定位精度和高重复精度的难点,对优化束流的径向进动、减小加速区域的相干振荡振幅、提高引出区的束流引出效率等具有重要意义。     

100MeV回旋加速器主磁铁设计与工艺技术研究

中国原子能科学研究院目前正在建造一台100MeV强流回旋加速器,它加速负氢离子,通过剥离引出质子束,能量75MeV-100MeV,流强200μA.该回旋加速器的主磁铁为紧凑型整体结构,采用4扇直边叶片,渐变气隙.将报告该磁铁的设计特点,数值模拟结果;磁性材料及成分偏析、缩孔等内部缺陷;机械结构设计、公差、变形;还将描述磁铁的工作进展.     

100MeV回旋加速器主磁铁设计与工艺技术研究

中国原子能科学研究院目前正在建造一台100MeV强流回旋加速器, 它加速负氢离子, 通过剥离引出质子束, 能量75MeV—100MeV, 流强200μA. 该回旋加速器的主磁铁为紧凑型整体结构, 采用4扇直边叶片, 渐变气隙. 将报告该磁铁的设计特点, 数值模拟结果; 磁性材料及成分偏析、缩孔等内部缺陷;机械结构设计、公差、变形;还将描述磁铁的工作进展.     

100MeV强流质子回旋加速器高频腔公差研究

针对中国原子能科学研究院正在设计的100MeV强流质子回旋加速器, 研究并提出高频腔公差. 高频腔的误差包括加工安装的误差和重力引起的D板变形. 加工安装误差的存在干扰束团的径向和轴向运动, 用理论分析和数值模拟相结合的方法给出加工安装的公差; D板的重力变形引起加速间隙的轴向错位从而使束团产生轴向的相干振荡, 计算结果表明目前结构的D板变形在允许范围内.     

100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统

中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV,200 A的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。     

100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统

中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV,200 A的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。     

100MeV强流质子回旋加速器高频腔公差研究

针对中国原子能科学研究院正在设计的IOOMeV强流质子回旋加速器,研究并提出高频腔公差.高频腔的误差包括加工安装的误差和重力引起的D板变形.加工安装误差的存在干扰束团的径向和轴向运动,用理论分析和数值模拟相结合的方法给出加工安装的公差;D板的重力变形引起加速间隙的轴向错位从而使束团产生轴向的相干振荡,计算结果表明目前结构的D板变形在允许范围内     

用于放射性核束设施驱动加速器的100MeV强流质子回旋加速器

中国原子能科学研究院得到批准建设HI-13串列加速器升级工程, 目前完成了该工程的初步设计.文章报告主工艺设备——100MeV强流质子回旋加速器的设计方案、设计特点, 总体设计结果及主要技术指标、关键设备(离子源、轴向注入线、中心区、主磁铁、高频系统、引出系统、诊断系统等)的简要设计结果等.     

Central region design for a 10 MeV internal ion source cyclotron

Internal ion sources are widely adopted in commercial cyclotrons used for short-life isotopes produc-tion. Without beam manipulation provided by the external beam injection line, the central region of this type of cyclotron is more sensitive and should be carefully designed. A design study and beam dynamics simulation for the central region of a 10 MeV compact cyclotron is presented. The OPERA3D/TOSCA code was used to calculate the electric field from a parameterized three dimensional (3D) central region model. With iterative structure optimizations of the central region, the beam centering and vertical focusing is well controlled, and the RF phase acceptance is around 25° A c++ code for beam simulation in the central region was developed and tested.     

Central region design for a 10 MeV internal ion source cyclotron

Internal ion sources are widely adopted in commercial cyclotrons used for short-life isotopes production. Without beam manipulation provided by the external beam injection line, the central region of this type of cyclotron is more sensitive and should be carefully designed. A design study and beam dynamics simulation for the central region of a 10 MeV compact cyclotron is presented. The OPERA3D/TOSCA code was used to calculate the electric field from a parameterized three dimensional （3D） central region model. With iterative structure optimizations of the central region, the beam centering and vertical focusing is well controlled, and the RF phase acceptance is around 25°. A c＋＋ code for beam simulation in the central region was developed and tested.     

强流回旋加速器中心区模型试验装置上偏转板和中心区技术研究

中心区模型试验装置是进行强流回旋加速器关键技术研究的实验平台. 本文介绍了为该试验装置所设计的偏转板和中心区, 包括物理设计的考虑、数控加工技术及安装精度的控制技术. 由于电磁场的相互作用粒子在偏转板中的的轨迹为螺旋线, 其电极形状复杂, 加工采用四轴联动以上的数控机床完成. 为满足束流动力学的需要, 中心区的电极结构比较复杂而且不规则, 表面光洁度要求高, 另外尺寸和安装位置精度要求严格. 中心区曲面电极结构由三轴联动加工中心加工完成, 中心区地电极与高频D板头部的电极间隙非常重要, 在安装过程中, 制作了专用的``电极间隙通止规"控制电极间隙精度在±0.05mm.     

100MeV强流回旋加速器射频数字低电平系统研制

介绍了100MeV射频低电平控制系统的设计及其桌面实验的组成. 通过实测, 验证了他激模式下幅度控制环路和相位控制环路中实现数字式控制的可行性. 初步测试数据及调试过程均表明数字式控制可用于100MeV回旋加速器的射频低电平控制系统.     

100MeV负氢回旋加速器高频冷模腔的理论与实验研究

在回旋加速器中, 高频系统为带电粒子加速提供能量, 高频谐振腔作为高频系统中的关键部件,     

强流回旋加速器综合试验装置的设计与建造

为了试验研究强流回旋加速器的整机设计技术, 主磁铁、束流诊断等关键部件的设计与加工工艺技术, 以完成100MeV回旋的设计验证, 并为今后逐步提高流强创造试验条件, 自2004年以来, 陆续研究、设计、加工了一些关键部件, 先后实验研究达到了单项技术指标; 目前, 已集成为一套强流回旋加速器的综合试验装置. 本文报告该试验装置的设计与设备制造情况、磁场测量与垫补结果、10—15mA负氢离子源、高频腔和注入系统实验研究、内靶束流调试等工作.     

质子直线加速器设计研究

当前质子直线加速器发展的两个重要方向是强流质子直线加速器和小型质子直线加速器.前者主要用于核能领域,后者主要用于质子治疗.两类加速器有着共同的特点:1.采用一些新型加速结构,它们是传统结构的组合和发展;2.加速小发射度的质子束;3.加速器应有高度的可靠性.但前者的建造难度远大于后者,它还要求具有很低的束流损失率和尽可能高的能量利用效率.研究了两类加速器设计中的一些重要问题,提出了一些设计方案.