用于频域方法测量超短电子束纵向分布的Kramers-Kronig变换研究

Kramers-Kronig（K-K）变换方法被广泛地应用于频域测量中还原超短电子束团分布,成为分析电子束团形状、长度等参量的有效工具.研究发现,利用该方法分析电子束参量时,自相干曲线基底的选择、低频损耗与高频截止及插值外推位置的选择,对束团参量有重要的影响.以清华大学加速器实验平台采用相干渡越辐射测试束团长度为例,分析了上述参量的选取对测量结果的影响,讨论了选择K-K变换的关键物理参量的方法.     

磷化铟高电子迁移率晶体管外延结构材料抗电子辐照加固设计

为研究磷化铟高电子迁移率晶体管(InP HEMT)外延结构材料的抗电子辐照加固设计的效果,本文采用气态源分子束外延法制备了系列InP HEMT外延结构材料.针对不同外延结构材料开展了1.5 MeV电子束辐照试验,在辐照注量为2×10¹⁵ cm^-2条件下,并测试了InP HEMT外延结构材料二维电子气辐照前后的电学特性,获得了辐照前后不同外延结构InP HEMT材料二维电子气归一化浓度和电子迁移率随外延参数的变化规律,分析了InP HEMT二维电子气辐射损伤与Si-δ掺杂浓度、InGaAs沟道厚度和沟道In组分以及隔离层厚度等结构参数的关系.结果表明:Si-δ掺杂浓度越大,隔离层厚度较薄,InGaAs沟道厚度较大,沟道In组分低的InP HEMT外延结构二维电子气辐射损伤相对较低,具有更强的抗电子辐照能力.经分析原因如下:1)电子束与材料晶格发生能量传递,破坏晶格完整性,且在沟道异质界面引入辐射诱导缺陷,增加复合中心密度,散射增强导致二维电子气迁移率和浓度降低;2)高浓度Si-δ掺杂和薄隔离层有利于提高量子阱二维电子气浓度,降低二维电子气受辐射...     

SESRI 300 MeV同步加速器注入线的传输效率与接受效率

为了完成SESRI300MeV同步加速器的束流调试,使用Tracewin软件和加速腔电磁场分布文件建立了该加速器注入线从离子源出口到注入点的全尺寸模型,在多粒子模式下计算了两种典型粒子束(质子、²⁰⁹Bi³²⁺)在不同状态下的加速传输,得到了注入线上束流相空间的变化过程和注入线的传输效率与接受效率.研究结果表明,300 MeV同步加速器注入线在加速不同荷质比的离子束流时,电磁场参数设置基本与荷质比成反比.束流的接受效率主要由射频四极加速腔出口发射度决定,质子束和重离子束的接受效率差别较大.在射频四极加速腔出口发射度为0.1πmm·mrad时,²⁰⁹Bi³²⁺束接收效率达到92.13%,质子束的接收效率为68.18%.分析束流传输过程表明,当横向发射度过大时,束流会因为纵向能散展宽和相位展宽而无法被最终接受.在现有配置下,质子束存在横向聚焦力不够、接受效率较低的问题.通过额外增加2个四极铁能够将质子束的接受效率由68.18%提升至83.61%.     

紧凑型单能伽马射线源

基于高亮度电子束与超短强激光相互作用的逆康普顿散射X/γ射线源具有单色性好、能量可调、偏振可控等特点,在核安全及核安保领域具有广泛的应用前景。清华大学将研制国际上首套能量达MeV的紧凑准单能伽马源装置并开展包括先进辐射成像、基于核共振荧光的物质分析检测等应用工作。给出该光源设计方案,以及针对其关键性能指标进行的优化及光源最终性能指标。目前已完成光源的设计,正在进行部件的加工采购,预计将于2023年启动装置的安装调试工作,于2025年完成项目的调试和验收。     

消色散270°偏转磁铁系统设计及束流动力学研究

对三种常用结构的270°偏转磁铁进行系统的分析研究,采用数值计算和模拟方法对双磁铁不对称偏转结构、三块90°磁铁偏转结构和70°+130°+70°偏转结构这三种不同的270°偏转磁铁系统进行模拟,给出偏转系统的消色散传输条件,并且分析了束流包络在偏转系统和出口管道中的变化情况。经过分析对比,详细列出了三种结构的优势与劣势。双磁铁不对称结构适用于医用加速器,三块90°磁铁偏转结构适用于需要在出口长距离漂移的辐照加速器,而70°+130°+70°偏转结构可以满足出口一定距离的无损漂移,同时实现相对较低的成本,是工业辐照加速器较为经济适宜的选择。     

S波段多注相对论速调管放大器长时间运行研究北大核心CSCD

为了实现高功率微波源低磁场及长时间稳定运行,开展了S波段GW级多注相对论速调管放大器(RKA)的理论模拟设计与实验研究。首先,采用一维大信号非线性理论软件优化设计了S波段4腔多注RKA,找到了器件工作的最佳参数:采用电压550 kV、束流4.7 kA的14注RKA,获得功率1.1 GW、效率43%的输出微波。随后,采用粒子模拟软件对理论设计的束波互作用参数进行了验证,获得了输出功率992 MW,器件效率为37%。最后,根据模拟参数开展了器件重频长时间运行实验研究。采用紧凑同轴Marx功率源驱动S波段四腔多注RKA,在电压530 kV、束流5.4 kA、重频20 Hz、运行时间1 s、引导磁场强度0.39 T、注入微波功率1.7 kW的条件下,获得了功率934 MW、脉宽69 ns的输出微波,束波转换效率33%。在器件重频20 Hz、运行时间10 min条件下,坚实了平均功率889 MW、平均脉宽42 ns的输出微波。该研究结果为S波段RKA的低磁场和长时间运行打下了的技术基础。     

国际高能脉冲X射线闪光照相加速器的发展综述北大核心CSCD

高能脉冲X射线闪光照相加速器在高性能爆轰流体动力学实验研究中具有重要应用,是牵引高功率脉冲技术发展的重大需求之一。综述了射频直线加速器、电子感应加速器、基于高压脉冲源和高功率二极管的强流脉冲功率加速器3大类、5种闪光照相加速器技术路线的主要特点、代表性装置,对比了几种技术路线的特点,展望了未来发展趋势:一是大力发展共轴多脉冲X射线分幅照相技术;二是采用全固态脉冲功率组件实现加速器紧凑化、小型化和可移动。     

国产首台交变相位聚焦漂移管加速器的冷测与试运行

质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑,上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程,掌握质子放疗关键技术,保证产业链安全可控,注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振（ECR）离子源和四翼型射频四极加速器（RFQ）的技术方案,并在漂移管加速器（DTL）段创新性地采用了交变相位聚焦（APF）结构。在这个过程中,通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想,自主开发了APF DTL的底层物理设计软件,相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作,最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析,认定束流中心能量为6.975 MeV,动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。     

基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。     

基于Geant4的回旋加速器束流动力学计算

针对回旋加速器的束流动力学设计,基于Geant4模拟研究,提供一种可行的数值模拟方法。通过电磁场仿真软件Opera建立相应的电磁场数据导入到Geant4中进行插值计算,利用Geant4自带的电磁场微分方程与微分方程求解器计算粒子的平衡轨道,振荡频率以及加速轨道。其结果表明:对于横向运动而言,Geant4的计算结果与传统数值方法计算结果趋于一致;对于轴向运动而言,由于磁场插值方法的差异性,二者有一定的区别,对于在加速过程中的非平衡粒子,其能量变化围绕平衡粒子振荡。对于束损,通过限制粒子的运动时间,轴向位移加快计算效率,加入电极碰撞的判定使模拟更趋近实际情况。