RFQ加速器的束流动力学和高频结构

本文描述了RFQ加速器的特点.说明了束流动力学设计研究对于形成这些特点的贡献.给出了它的五个设计极限.综述了近10年来国内外在RFQ束流动力学和高频结构方面的若干主要发展.     

强流重离子RFQ加速器高频反馈控制研究

低能量强流重离子直线加速器装置(LEAF)是一台面向核天体物理、原子物理与材料辐照等多学科研究的强流高电荷态重离子直线加速器,由中国科学院近代物理研究所承担建设。LEAF强流离子束加速主要通过一台四翼型连续波RFQ实现,为实现其腔体各种复杂工况下的频率、幅度及相位的稳定控制,高频控制系统采用数字化低电平的方案。此低电平系统针对LEAF-RFQ的特殊要求开发了自动跟踪频率、双路功率源驱动、混合离子束快速切换相位等独特功能,实现了稳定地载束运行。同时,利用上位机程序实现了腔体的一键自动操作。     

利用模拟方法研究RFQ加速器中正、负离子束同时加速的动力学问题

在以时间为自变量的PARMTEQ程序的基础上,添加了另一带相反电荷的束流进行动力学计算,同时考虑了正、负离子束加速的空间电荷效应和束团间的作用.并针对特定结构参数的RFQ加速器,给出了双束加速的动力学模拟过程和结果.模拟计算的目的在于研究正、负离子束在RFQ加速结构中同时加速所引起的动力学问题.结果表明,正、负离子束同时加速有助于克服径向空间电荷效应,但在流强较大时,双束加速时,将会在纵向出现明显的异性电荷之间的“捕捉”(trap)现象,从而导致纵向粒子损失数目的增加.因此,为实现双束加速,必须专门重新设计RFQ加速器,使其传输效率高于单束,才能体现出双束加速的优越性     

BNCT中子源用RFQ加速器

 分析了加速器作为硼中子俘获治疗(BNCT)中子源的优势,提出以射频四极场（RFQ）加速器作为BNCT用中子源的首选机型。对该RFQ的参数进行了选择,利用质子轰击锂靶近阈反应产生的前冲中子束能散低、散角小的优势,设定RFQ最终能量为1.9 MeV。采用“匹配均温”设计方法进行了此强流质子RFQ的束流动力学设计,并对设计方案进行了传输模拟,在入口归一化均方根发射度为0.25 mm·mrad、流强为100 mA时,束流传输效率为99.3％。选择合适厚度的锂靶,经过整形即可得到满足BNCT治疗需要的中子束。     

BPL–RFQ加速器束流动力学设计研究

描述北京质子直线加速器RFQ的参数选择及束流动力学设计研究,给出了BPL-RFQ的主要参数.     

RFQ加速器同时加速同q／M正负离子的设想

提出了用ＲＦＱ加速器同时加速同荷质比正负离子的设想，阐述了原理可行性与将进行的实验验证。     

BPL－RFQ加速器束流动力学设计研究

描述北京质子直线加速器ＲＦＱ的参数选择及束流动力学设计研究，给出了ＢＰＬ－ＲＦＱ的主要参数．     

一种低能散RFQ加速器的物理设计

讨论了脉冲束注入、逐步增加同步相位、减小电极调制系数和极间电压等降低RFQ加速器能散的途径, 并在此基础上设计了一台能散为0.6%的RFQ加速器. 该加速器用于加速器质谱对¹⁴C, ¹³C, ²C 3种 离子的传输有很强的选择性, 有利于降低测量本底、简化装置.     

RFQ加速器高频测量软件和分析软件开发

强流RFQ加速器要求严格控制束流损失和束流发射度增长,因此必须准确测量和正确分析RFQ加速器的场分布和模式的场分量,并使它们符合设计要求.LebView是一个广泛应用于自动测量和数据处理的计算机软件平台,介绍在此平台上开发的RFQ自动测量软件和数据分析软件,同时给出这些软件的一些应用实例.     

RFQ加速器同时加速q/M正负离子的设想

提出了用ＲＦＱ加速器同时加速同荷质比正负离子的设想,阐述了原理可行性与将进行的实验验证. A tentative plan of accelerating negative and positive ions with equal q/m in a RFQ accelerator at the same time is introudced,its feasibility in principle and draft tests are also given.     

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.     

350MHz强流质子RFQ加速器工艺腔的研制与测量

为研究强流质子RFQ加速腔的设计与加工工艺,研制了一台全尺寸无氧铜工艺腔.本文介绍了其物理设计与机械设计、机械加工与钎焊工艺研究及其高频性能的测量和调节.经调节,RFQ工艺腔可以达到较为理想的电场分布,其4个象限电场分布的一致性和平整度均能满足要求,二极场分量也足够小     

Beam dynamics study of RFQ for CADS with a 3D space-charge-effect

The ADS (accelerator driven subcritical system) project was proposed by the Chinese Academy of Sciences. The initial proton beams delivered from an electron cyclotron resonance ion source can be effectively accelerated by 162.5 MHz 4.2 m long room temperature radio-frequency-quadrupoles (RFQ) operating in CW mode. To test the feasibility of this physical design, a new Fortran code for RFQ beam dynamics study, which is space charge dominated, was developed. This program is based on Particle-In-Cell (PIC) technique in the time domain. Using the RFQ structure designed for the CADS project, the beam dynamics behavior is performed. The well-known simulation code TRACK is used for benchmarks. The results given by these two codes show good agreements. Numerical techniques as well as the results of beam dynamics studies are presented in this paper.     

Design of undercuts and dipole stabilizer rods for the CPHS RFQ accelerator

As part of the design and machining of the RFQ accelerator in the Compact Pulsed Hadron Source (CPHS) project at Tsinghua University, the design process of the undercuts and dipole stabilizer rods is presented in this paper. In particular, the relationship between the inter-vane voltage slope and the local frequency of the undercut section is described quantitatively. With the identification of modes existing in the cavity, the specific parameters are optimized by the SUPERFISH and MAFIA codes. In addition, the water-cooling requirement of the dipole stabilizer rods is briefly discussed.     

强流四杆型RFQ加速腔水冷系统的设计和数值模拟

为了研制一个强中子发生器，北京大学重离子物理研究所设计了一台高负载因子、高流强的RFQ加速器. 本文讨论了RFQ加速腔水冷系统的设计，使用有限元软件ANSYS对水冷系统进行了分析. 使用MAFIA模拟计算得到的功率密度，并将其作为ANSYS水冷模型的边界条件. 因为MAFIA程序和ANSYS程序分网方法的不同，使用一个程序来将MAFIA的结果导入到ANSYS模型中，从而建立起了RFQ加速腔的热分析模型. 通过这个热分析模型分析并检验了水冷系统的设计，确定了水冷系统的结构. 模拟计算结果表明：使用目前设计的这套水冷系统，能够使RFQ加速器工作在适宜的温度下以及长时间稳定的运行.     

分段共振耦合RFQ场调谐方法研究

强流质子加速器需要采用分段共振耦合RFQ作为其低能加速结构,为减少束流损失,RFQ加速器必须达到所要求的场分布.针对共振耦合结构的特殊性,在RFQ传输线模型的理论基础上,在一台RFQ冷模型上进行了场调谐的实验研究,获得了满意的实验结果.同时,也验证了作者用LabVIEW编写的RFQ场调谐程序的正确性.