北京大学RFQ加速器研究进展

北京大学在20世纪90年代末成功研制了1台整体分离环重离子射频四极场(RFQ)加速器ISR-1000,近年来经升级后它可提供1 MeV/2 mA氧离子束流.为提高RFQ加速器在较高能量下的加速效率,北京大学提出并正在研制1种新型分离作用RFQ加速结构(SFRFQ),所建造的加速腔实验样机可与ISR-1000构成组合加速系统,将mA级氧离子加速到1.6 MeV.北京大学参与了"973"项目350 MHz四翼型强流质子RFQ加速器的研究,并研制了1台全尺寸无氧铜工艺腔.北京大学还计划在近年内建造1台中子源用201.5 MHz、2 MeV/50 mA微翼四杆型氘离子RFQ加速器.     

高流强RFQ质子加速器研制

在国家“973”计划洁净核能项目的支持下,中国科学院高能物理研究所与中国原子能科学研究院合作,建成了我国首台强流质子加速器。它是1台四翼型结构的射频四极（radio-frequencyqaudrupole,RFQ）加速器,这种先进加速结构可为来自离子源的低能强流束提供周期性强聚焦,并同时在纵向对束流进行聚束和加速。我国建成的这台RFQ加速器束流能量为3.5MeV,脉冲流强达46mA,束流工作比大于7%。本文将介绍这台RFQ加速器的物理设计、研制、调试和出束实验的结果。     

强流RFQ加速器设计中两种设计程序的结合

在以强流空间电荷效应为主的射频四极加速器RFQ的束流动力学设计中，目前有两种主要的设计模式，LANL开发的设计程序Parmteqm和俄罗斯RTI开发的Lidos.RFQ。强流RFQ的设计应充分发挥二者的优点，将其结合起来。本工作在1台3．5MeV、352MHz、60mA强流质子RFQ的物理设计中，充分发挥这两种设计模式的特点，开拓新的设计思路，获得了满意的设计结果。     

射频四极场加速器低能强束流传输注入系统的实验研究

对加速器驱动的次临界系统（ADS）的射频四极场（RFQ）加速器的低能强流束流传输系统进行实验研究,给出了在强流离子束束腰附近测量束流参数的方法,并测量了强流质子注入系统在RFQ入口处的束流参数。目前,该系统已成功地应用于强流射频四极场质子加速器中。     

162.5 MHz RFQ加速器的单束团选择

CiADS加速器装置核物理实验终端提出了单束团的需求,为此在CiADS超导直线加速器原型样机II的低能传输段上展开了单束团筛选的计算与模拟.原型样机II的射频四极场(Radio-Frequency Quadrupole,RFQ)加速器采用的频率是162.5 MHz,对应单束团脉宽6.15 ns.加载常规常电压的斩波器下...     

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。     

2.5 MeV行波加速管设计

2.5 MeV废水处理加速器以1.5 MW的速调管为微波功率源,在加速管入口处提供不低于1.3 MW的微波功率,在长约76 cm的行波加速管中将电子束加速到2.5 MeV/5 kW。加速器工作频率为S波段2 856 MHz。文本介绍了加速管的物理设计,采用数值计算方法完成了加速管束流动力学设计,并用PARMELA进行了验证计算,得到了较好的一致性。建立了加速管射频结构模型,完成了加速腔、耦合器的计算和场分布调整,优化后加速管在工作点驻波比为1.01,驻波比小于1.2的带宽约为2 MHz。     

与ADS 相关的强流3.5 MeV RFQ 加速器的束流动力学特性

为了适应我国加速器驱动洁净核能系统(ADS)项目的需要,一台注入能量为75 keV,输出能量为3.5 MeV,频率为352.2 MHz,质子流强为50 mA,四翼型强流RFQ加速器正由国家科技部"973"项目支持,在中科院高能物理所建造当中.本文论述了这台RFQ加速器的动力学设计特性、设计原则和设计结果以及各种参数之间的相互关系和误差特性.     

RFQ加速装置同时加速同荷质比正负离子的理论与实验研究

提出用RFQ加速器同时加速同荷质比正负离子的理论,并利用现有的RFQ加速装置进行了实验验证。初步结果表明：采用这一方法可有效提高RFQ加速装置的载束能力。     

C-ADS项目RFQ加速腔的射频耦合器研制

C-ADS项目的注入器ⅡRFQ加速腔射频耦合器是为该四翼型常温射频四极场(RFQ)加速器专门设计的一种高功率耦合器件,其主要特点是采用碗状陶瓷窗结构及合理的生产工艺,很好地解决了耦合器传输阻抗匹配问题。该耦合器主要由内外导体、陶瓷窗、耦合环及多路水冷却回路组成,并在陶瓷窗内表面电镀氮化钛涂层以降低由于次级电子倍增效应所带来的发热,在相同频率和功率等级下结构更加紧凑,达到了C-ADS项目的四翼型腔体馈送120kW射频功率的目的。在2014年7月中旬实现了10mA、2.1 MeV束流的加速,为该项目的四翼型直线加速器出束提供了必要的硬件支持。该耦合器可为相近频率、类似功率等级的耦合器提供技术参考,并在国内的加速器领域具有一定的指导意义。     

与ADS相关的高功率质子加速器技术在我国的进展(英文)

叙述了一个由中国原子能科学研究院、中科院高能物理所和北京大学重离子物理所共同承担,于2000年9月启动的,以丁大钊院士为首席科学家的国家重点基础研究发展规划项目(973项目)-“加速器驱动洁净核能系统(ADS)的物理及技术基础研究”研究项目中与HPPA相关的主要研究内容,包括:强流离子源研制、低能束传输段研究、中能强流RFQ加速器研究及强流加速器总体设计等部分进展情况。     

基于冗余技术的强流质子RFQ控制系统设计

中国科学院近代物理研究所研制了一台用于ADS注入器Ⅱ的强流质子RFQ加速器。相对于常规功率源,用于RFQ腔体的功率源的控制精度要求更高、过程更复杂。控制系统需通过精确的水温控制实现频率调谐,水温的控制和监测精度要求为0.1 ℃。同时,为避免腔体因局部温度过高而损毁,控制系统必须实现实时的温度监测和可靠的联锁保护功能。为此,基于EPICS控制架构设计了RFQ控制系统,对关键控制代码的运行平台采用高性能冗余控制器,开发了具有网络冗余功能的IOC驱动程序,实现了水温联锁保护及高频系统控制。RFQ控制系统经现场测试,通信正常、运行稳定,冗余系统的主备切换时间在ms量级,满足RFQ腔体的控制要求。     

5 MeV RFQ束流动力学设计模拟及误差研究(英文)

一台出口能量5 MeV质子RFQ将作为中国洁净核能系统ADS(Accelerator Driven System)验证装置的注入器,其工作频率352 MHz,注入能量80 keV,流强50 mA。概述了这台RFQ的设计方法、束流动力学设计模拟及误差研究计算结果。     

RFQ accelerators for ion implantation

Radiofrequency quadrupoles (RFQs) are low-energy rf accelerator structures which can efficiently transport and accelerate high-current ion beams. For a wide range of applications, RFQs can be designed that, like all rf accelerators, have a fixed output energy per amu, that can be varied by independently phased postaccelerator cavities. An attractive new development is an RFQ structure with variable energy which is achieved by frequency variation. The status of the work on fixed- and variable-energy RFQ applications is presented.     

Performance Characteristics of the 30 MeV Three-Stage Tandem Facility at BNL

The 30 MeV 3-stage Van de Graaff facility at Brookhaven National Laboratory achieved the desired operating specifications on July 28, 1970 and has been in operation on various research programs since. The facility consists of two MP Tandem Van de Graaff accelerators arranged in line with a negative ion source installed in the terminal of the first accelerator. The two accelerators can either be used as separate Tandem accelerators or together in a 3-stage configuration. Proton energies as high as 30.5 MeV with currents as high as 4 microamperes have been obtained.     

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,介绍了在此平台上开发的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。     

CSRe分子离子研究装置低能传输线物理设计

本文完成了CSRe分子离子研究装置低能传输线的物理设计。采用Poisson/Superfish软件对150 kV倍压型高压加速器的电场分布进行了模拟,结果显示,加速器各区域空间电场强度均远低于击穿电场强度限值。利用Beampath程序对离子源引出的分子离子束在高压加速器中的传输进行了模拟,束流包络显示,加速区电场对分子离子束具有较强的聚焦作用,加速管出口束斑尺寸较小。采用Trace-3D程序设计了高分辨能力的磁分析系统和RFQ加速器的注入匹配段。通过Beampath程序的模拟,分析出了质量数为150的分子离子束,并由三单元四极透镜实现了分析束流与直线加速器RFQ的注入匹配。