减小直线加速器耦合腔中不对称性的方法

随着高能物理的发展,特别是大型对撞机、FEL和高亮度同步辐射光源,均对直线加速器的性能提出了更高的要求。单边耦合器结构的不对称性破坏了耦合腔中场的对称性分布,降低了束流的品质。为了改善不对称性,利用CST微波工作室模拟设计了X波段偏心耦合器、双对称耦合器以及介质棒加载耦合器,并对腔中场分布的均匀性进行了分析,而且进行了粒子跟踪。计算结果表明采用新方法设计的加载介质棒耦合器耦合腔中场分布的对称性较好。粒子束团通过该种耦合器和一段加速结构后,束团的分布几乎完全处在束流孔中心,而且束流能散有明显改善。     

任意模式电耦合波导耦合器的CST仿真

在已有的任意模式波导耦合器理论推导的基础上,找到了用数字仿真软件CST(Cormputer Simulation Technology)实现此过程的方法,给出了具体的仿真步骤.求解过程用CST微波工作室的本征模求解器和参数扫描功能.通过仿真例子,验证了此方法的正确性.     

等梯度行波加速管耦合器的调配方法

本文在已有的等阻抗行波加速管耦合器调配方法的基础上,根据耦合腔链的等效电路模型,推导了实验调配等梯度加速管耦合器的方法,给出定量计算该结构耦合器耦合度β的公式,并通过CST模拟计算和实验调配验证了该方法和公式的正确性。     

10mV／20kW加速管的研制

用于10MeV／20kW辐照加速器的高俘获效率的加速管的研制。在本设计中采用等梯度加速结构，相速沿加速管呈线性增加，通过调整相速变化规律和加速腔体的各个尺寸参数，得到俘获效率为90％的设计方案。使用HFSS对输入耦合器、输出耦合器进行优化设计。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型，揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制，给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模，得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布，对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs，满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟，阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因，并验证了理论结果的正确性。     

高俘获效率行波加速管研制

通过调整相速变化规律及加速腔体的各尺寸参数，设计出一种俘获效率达90％的高俘获效率的行波加速管。通过对加速管的优化计算，完成了盘片端面优化和耦合器设计，目前，正在进行模型腔的加工。在模型腔加工完成之前，对实验室现有的一些经过粗加工的加速腔进行测量，研究探针长度、耦合孔大小、压力等对测量的影响。根据粗加工的腔体测量结果及HFSS模拟结果，     

热电子发射同轴二极管几何结构对空间电荷限制流的影响

本文基于同轴二极管一维空间电荷限制流经典理论公式,利用CST粒子工作室研究了热电子向外发射同轴二极管二维空间电荷限制流随二极管几何结构参数变化的规律和几何结构对虚阴极产生临界条件的影响。结果表明,二极管修正系数是纵横比的单调递减函数;随阳极半径与阴极半径比值的增大,修正系数逐渐降低;二极管的电压、阳极和阴极半径及阴极长度均会影响虚阴极的产生。本文研究结果将为射频四极管结构设计及优化提供参考和理论依据。     

光电耦合器的单粒子瞬态脉冲效应研究

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究光电耦合器HCPL-5231和HP6N134的单粒子瞬态脉冲(SET)效应.实验获得了相关器件的单粒子瞬态脉冲波形参数与等效LET的关系,并甄别出器件SET效应的敏感位置,初步分析了SET效应产生的机理.利用脉冲激光测试了光电耦合器的SET宽度与等效LET的关系,并尝试测试了两种光电耦合器的SET效应的截面,其中,HCPL-5231的实验结果与其他文献利用重离子加速器得到的数据符合较好,验证了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

1.5GHz超导加速腔双输入耦合器研究

本实验室设计的1.5 GHz 5-cell超导腔设计工作加速梯度为15-20 MV·m~(-1),至少需要使用两支输入耦合器才能满足高流强运行要求。借助三维电磁仿真模拟软件CST(Computer Simulation Technology),完成了相应的输入耦合器的电磁仿真,驻波比小于1.05的频带宽度达到18 MHz。从理论上计算加速腔双端口功率馈入,并通过铜腔双输入实验进行验证。结果表明,当两端均为欠耦合时,双输入对每个端口耦合度起到增强的作用;但当两者均为过耦合且差异较大时,耦合度小的一端则被减弱,甚至出现欠耦合的情况。对横向力场的计算显示,即使插入深度相差1 mm,使用双输入耦合器所引起的横向作用力仍比使用单耦合器情况小一个量级。     

^238U裂变电离室修正因子及探测响应的蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗(MC)粒子输运程序MCNPX分别计算了用238U裂变电离室测量由加速器产生的14.8 MeV和25.5 MeV准单能中子注量率以及将其推广应用于测量散裂中子源和宇宙中子源的中子注量率时,由电离室结构、电离室气体、空气等引起的对探测器裂变计数率的修正因子,并给出了探测器在各种情况下的探测响应.为解决蒙特卡罗模拟中探测片太薄、统计误差过大的问题,计算中采用了Dxtran球和强迫碰撞两种方差减少技巧,以降低统计误差、提高计算效率.对于源中子谱覆盖范围较宽、抽样效率低的情况,采用了高能和低能两部分能谱分别计算的方法,以提高计算效率.将模拟计算得到的修正因子应用于探测响应的理论公式,得到相应的探测响应,并与MC模拟计算直接得到的探测响应进行了比较,对模拟计算进行自洽性验证.利用伴随α粒子测量装置和电离室同时测量14.8 MeV准单能中子注量率,得出238U裂变电离室对串列加速器上14.8 MeV准单能中子场的探测响应,与MC模拟计算结果进行比较,对模拟计算进行实验验证.     

6 MV Truebeam治疗头的MC模拟与特性研究

用MC程序EGSnrc准确快速地模拟6 MV Varian Truebeam医用直线加速器治疗头,分析其能谱特性,并验证模拟结果的准确性,为后续更精确的剂量计算建立基础。以Varian公司提供的出束窗口位置处的IAEA相空间文件作为输入源,模拟计算源皮距为100 cm,射野大小为10 cm×10 cm的治疗野平面上的粒子相空间分布,并以此粒子相空间数据为基础进一步模拟计算了边长为30 cm的标准水体模中的剂量分布。通过对数据分析得到了治疗野平面上的粒子能谱、角分布、平均能量、粒子注量等信息,以及均匀水体模中光子的百分深度剂量和离轴比,所得结果与文献报道符合较好。结果表明EGSnrc程序能够准确快速地模拟加速器治疗头,其剂量的模拟计算结果可为临床放射治疗供很好参考。     

波形板分离器中液滴轨迹的数值模拟

采用单颗粒动力学模型及自行研制的计算机程序对波形板汽水分离器中液滴的运动轨迹进行了数值模拟计算。通过对波形板中液滴轨迹的数值模拟可以为优化波形板结构提供理论依据。     

中子源屏蔽体尺寸和源室结构对本底的影响

采用蒙特卡罗粒子输运计算程序(Monte Carlo N-partical transport code,MCNP),就中子源屏蔽体和中子源室结构对屏蔽体不同探测位置的中子透射和反射情况进行了计算机模拟计算.计算采用的入射粒子分别为14 MeV和5 MeV的单能中子以及252 Cf自发裂变中子.从计算结果看,屏蔽体的尺寸和结构对中子透射的影响都比较明显;源室的结构和地坑也对本底产生较大影响.通过理论计算可以了解屏蔽体结构和源室情况对测量本底的影响,可为源室设计以及中子实验研究提供重要参考.     

四极磁场中粒子束输运的非线性分析及模拟

为了提高粒子在四极磁场中输运轨迹计算的精度,基于李代数方法,分析和计算粒子束在四极磁场中空间电荷的非线性效应,得到二级近似下粒子坐标的映射公式,编写了粒子束在四极磁场中传输的模拟程序QML。用模拟程序对四极磁场中的传输进行了模拟计算,并对模拟结果进行了分析。模拟结果表明,在空间电荷的非线性效应的影响下相图产生了明显的扭曲,对粒子束包络曲线横向发散作用明显。     

质子、α粒子在水蒸气中径迹结构的研究

本工作采用模拟粒子在水蒸气中输运的蒙特卡罗程序,模拟计算了0.3～5MeV质子、α粒子在水蒸气中的径迹结构,记录了相互作用位置的坐标、每次事件中的能量沉积以及相互作用的类型。程序中考虑了弹性散射、电离、激发、电荷转移等物理过程。研究得到了一些有益的结果,为进一步研究粒子致DNA辐射损伤的物理模型奠定了一定的基础。     

爆炸物检测中的模拟计算

为优化基于伴随α粒子技术的爆炸物检测系统中的γ探测器和数据分析软件,利用蒙特卡罗程序EGSnrc对γ探测器的探测效率和能量响应分别进行了模拟。NaI(Tl)、BGO等几种无机闪烁体γ探测器探测效率的模拟计算结果为探测器的优化选择提供依据;对碳、氧单质元素、硝酸氨、模拟炸药样品在14MeV中子作用下的特征γ射线,在Φ5″×8″NaI(Tl)探测器的能量响应模拟计算结果进行了分析,并与实验测量能量响应进行了比较。结果表明,模拟方法可靠,应用该方法可对其他的单质材料来进行响应计算以建立响应函数数据库。     

高平均束流功率辐照加速器加速结构的研究

本文介绍了10 MeV/100 kW的高平均束流功率工业辐照加速器束流动力学模拟结果及其加速结构的优化设计结果。加速器采用驻波双周期轴耦合结构,1个加速腔和1个耦合腔构成1个加速单元,其工作频率为325 MHz,工作模式为π/2,加速腔和耦合腔之间通过耦合狭缝在轴向以磁耦合的方式耦合在一起。使用SUPERFISH优化加速腔的有效分路阻抗、Kilp系数等关键参数。束流动力学方面,使用PARMELA模拟论证在粒子源提供2.5 keV、500 mA的电子束后,通过6个加速腔可得到10 MeV/100 kW的平均束流功率。加速腔优化完成后使用CST对耦合腔进行了设计,此时由6个加速单元组成的加速结构有效分路阻抗为23.9 MΩ/m、无载品质因数为29 347,各加速腔与相邻的耦合腔耦合系数为4.7%,工作模式与其相邻模式的最小频率间隔为2 MHz,每个加速单元功耗为290 kW。     

CSNS-II低β超导椭球腔的电磁设计

为中国散裂中子源二期工程(Chinese Spallation Neutron Source-Ⅱ,CSNS-Ⅱ)设计了一种低β超导椭球腔,利用2D程序SUPERFISH对该腔体的单元尺寸和高频等设计参数进行优化,获得的工作频率为648 MHz,几何β(β_g)为0.47,单元个数为5,峰值电场比E_(pk)/E_(acc)、峰值磁场比B_(pk)/E_(acc)和轴向电场平整度分别为3.35、6.1 mT?(MV/m)~(-1)和98.42%。通过2D软件MultiPac和3D软件CST粒子工作室(Computer Simulation Technology Particle Studio,CST PS)分析了优化后腔型的二次电子倍增情况,2D结果显示在峰值场0～80 MV?m~(-1)区间,二次电子发射系数小于1,表明整个腔体不会发生Multipacting(MP)效应。与2D结果不同,3D结果表明在椭球赤道位置存在MP效应,但在赤道处引入一个小凸起,并进行适当的后处理和高功率老练,则可以显著抑制MP效应。与国际上同类型椭球腔进行对比,主要高频性能参数基本相当。     

LaBr3(Ce)探测器对MB容器中气态β+电子湮灭γ光子探测效率的数值计算

基于蒙特卡罗,建立数学几何模型,用数值计算方法模拟计算了LaBr3探测器对不同体积的MB容器中气态β+电子湮灭产生γ光子的探测效率.数值计算结果与MCNP软件模拟结果在一定范围内一致.本文为计算LaBr3探测器对气态β+粒子的探测效率提供了一套可行的理论计算方法,同时为开发一套无源效率刻度软件做了铺垫.计算结果为实验刻...