绝缘微堆质子直线加速器关键技术研究进展

基于绝缘微堆技术的直线加速器由于其能够实现较高的粒子加速梯度,尤其在质子加速及肿瘤治疗领域的优势得到高度关注。目前该种加速器处于研发阶段,有一系列技术和工程问题有待解决。介绍了课题组在过去的两年里围绕建立一台1 MeV质子注入器原型样机在固态脉冲功率系统、绝缘微堆及质子束源等方面取得的研究进展。实现了耐压梯度接近20 MV/m的环形绝缘微堆样品,样品内径30 mm,外径50mm,厚度15mm,基本达到设计要求;固态脉冲功率系统实现了光导开关多路稳定工作模式,开关直流偏置耐压达到20kV,采用激光二极管触发同步系统在15路同步时实现了低于1ns的抖动,输出300kV的电压脉冲,输出电压脉冲宽度10ns;进行了低能质子加速束流动力学的初步分析和模拟工作,模拟结果表明采用微堆结构可以实现质子束的有效加速和传输。     

介质壁加速器用固态脉冲形成线设计与实验

设计和研制了一种CaO-TiO2-Al2O3复合陶瓷平板固态脉冲形成线,以期用于介质壁加速器。该脉冲形成线的几何参数为：陶瓷介质长度300 mm,宽度15 mm,厚度1 mm;银电极长度280 mm,宽度2 mm。电性能参数为：相对介电常数约23.5,特征阻抗约26 ,电长度约4.5 ns,直流耐压场强大于20 kV/mm,在s量级上升时间的脉冲电压下绝缘强度大于25 kV/mm。该固态脉冲形成线设计兼顾了光导开关的使用要求、高梯度绝缘子的设计指标、带电粒子束的输运及加速器的结构设计要求。结合GaAs光导开关,开展了固态Blumlein脉冲形成线实验研究工作,在脉冲充电电压约25 kV的条件下,固态Blumlein脉冲形成线实现脉冲电压输出约23 kV。     

Superpixel-Based Complex Field Modulation Using a Digital Micromirror Device for Focusing Light through Scattering Media

We present a digital micromirror device(DMD) based superpixel method for focusing light through scattering media by modulating the complex field of incident light. Firstly, we numerically and experimentally investigate focusing light through a scattering sample using the superpixel methods with different target complex fields.Then, single-point and multiple-point focusing experiments are performed using this superpixel-based complex modulation method. In our experiment, up to 71.5% relative enhancement is realized. The use of the DMDbased superpixel method for the control of the complex field of incident light opens an avenue to improve the enhancement of focusing light through scattering media.     

基于大功率激光二极管的光导开关导通特性

研究了应用于介质壁加速器的小间隙光导开关在大功率激光二极管驱动下的导通特性。激光二极管产生的激光脉冲中心波长为905nm,脉冲宽度(FWHM)约20ns,前沿约3.1ns,抖动小于200ps,峰值功率约90W。所用光导开关为异面电极结构的砷化镓(GaAs)光导开关,电极间隙5mm,偏置电压为15~22kV脉冲高压,工作在非线性(高增益)模式。测得光导开关最小导通电阻4.1Ω,抖动小于1ns,偏置电压在18kV时平均使用寿命约200次。     

单层增透膜的反射光强问题

推导出单层透明薄膜干涉的反射光强公式,由此公式得到光强为零的条件．     

大功率恒流源取样电阻设计

针对取样电阻在大功率恒流源中的作用和技术要求,在理论和实验上对取样电阻的设计原则、结构形式和材料选择方法进行了系统分析。对水冷式和自冷式两种结构形式的大功率恒流源取样电阻进行了比较研究,实验结果表明:相比于水冷式取样电阻情形,装配自冷式取样电阻的恒流源主要技术指标得到明显改善,输出电流失稳度降低2/3,纹波系数由2.7%降低到2.3%,使用寿命提高10倍以上。     

基于三代路径通量分析方法的甲烷燃烧机理简化

基于路径通量分析,以预选组分为基础,通过计算预选组分直接参与,及第二代、第三代间接参与的所有生成反应与消耗反应中其他组分相对于预选组分的路径通量之和,建立了一种新型化学机理简化方法。用该三代路径通量分析简化法对甲烷燃烧机理进行了简化,计算结果与详细化学机理、二代路径通量分析简化法简化机理进行了对比,证明了三代路径通量分析简化法具有更高的简化精度。对特定工况下三代路径通量分析法与二代路径通量分析法简化精度的对比,证明在着火延迟时间较小时三代路径通量分析法简化精度更高。     

小间隙异面电极结构的光导开关

介绍了应用于介质壁加速器的小间隙异面电极结构的光导开关。所用光导开关为异面结构的砷化镓（GaAs）光导开关,电极间隙5 mm,偏置电压为15~22 kV脉冲高压,工作在非线性（高增益）模式,由半导体激光器产生的脉冲激光触发。脉冲激光的中心波长为905 nm,脉冲宽度（FWHM）约20 ns,前沿约3.1 ns,抖动小于200 ps,峰值功率约90 W。实验结果表明：光导开关的偏置电压较低时,开关寿命较长,导通性能较差;偏置电压较高、驱动脉冲激光功率较大时,开关导通性能较好,寿命较短。     

感应同步加速器束团粒子纵向运动数值模拟

依据感应同步加速器验证实验中的相关数据,编写程序,实现了对感应同步加速中粒子纵向动力学过程的数值模拟。针对引起加速初期束团粒子大量丢失的多个可能因素进行了计算分析,明确了各因素对粒子丢失的影响方式和程度。以此为基础,提出了通过大幅减小加速腔体积并同时增加加速腔数量的方式来解决感应同步加速电压幅度实时调节困难的可行性建议,为感应同步加速器的性能提升提供了参考。