第一讲中子散射与散裂中子源

中子散射是研究物质微观结构和动态的理想工具之一,广泛地应用于凝聚态物质研究和应用的众多学科领域.散裂中子源能是新一代的加速器基脉冲中子源,能为中子散射提供高通量的脉冲中子.文章简明地介绍了中子散射的特点和它作为物质结构和动态探针的优越性,以及散裂中子源的基本原理、发展状况和多学科的应用优势.我国计划建设的散裂中子源CSNS中,靶站将由多片钨靶、铍/铁反射体和铁/重混凝土生物屏蔽体组成.质子束功率100kW下,脉冲中子通量约为2.4×1016n/cm2/s.第一期将设计建造高通量粉末衍射仪、高分辨粉末衍射仪、小角散射仪、多功能反射仪和直接几何非弹性散射仪等五台典型的中子散射谱仪,以覆盖大部分的中子散射研究领域.     

高俘获效率电子辐照加速器的设计研究

加速管是一台加速器的核心部分. 一般电子辐照加速器的俘获效率在50%左右, 一半的电子都损失在加速管内. 丢失的电子打在加速管内壁, 产生轫致辐射、腔体发热量增加、真空变坏等许多负面影响. 采用一段等梯度加速结构, 相速沿加速管呈线形增加,调整相速变化规律及加速管腔体的尺寸参数, 设计出的加速管最终的俘获效率提高到90%以上, 同时平均加速梯度没有因此降低, 加速管总长度没有增加.     

强流RFQ的稳定性设计研究

对强流RFQ耦合间隙的确定、二极模稳定杆的设计进行了详细的研究和讨论.利用现有的RFQ冷模,进行了本征模频率的测量、场分布的调试和测量、二极模稳定杆的试验.并通过与模拟结果的比较,验证了模拟程序在RFQ腔体设计中的可靠性.同时,对影响RFQ稳定性设计的物理进行了有益的探讨.     

强流射频四极加速器输入耦合环的物理设计研究

 详细讨论了强流射频四极加速器高频输入耦合环的一些基本问题，完成了高频输入耦合环的初步物理设计. 利用二维程序Superfish 的一些结果，确定了耦合环的大小，计算了耦合环的功耗，并对构成耦合环导线的粗细进行了估算。该耦合环的物理设计可作为耦合环试验的基础，同时，也可作为三维程序HFSS 模拟计算的起点。     

激光等离子体的电子温度对Thomson散射离子声波双峰的影响

通过对不同激光条件产生的等离子体进行Thomson散射实验诊断，发现在距靶面为150 μm的临界密度面内，离子声波双峰强度出现明显的不对称性，而且强峰的位置发生了转移：当等离子体的电子温度较高时，强峰出现在短波方向；当等离子体电子温度较低时，强峰出现在长波方向.光的拉曼散射效应对应地解释了离子声波的双峰结构、双峰强度不对称性及强峰出现的位置.建立了光的拉曼散射与电子的Thomson散射的对应关系.     

直线加速器中双向高斯密度分布电荷束团发射度增长的比率关系

采用直线加速器中的空间电荷束团的有限圆柱模型,并假设该有限圆柱体电荷密度分布在横向r和纵向z都满足高期分布,推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式;通过数值模拟计算,给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线,讨论了该双向高期密度分布电荷束团发射度增长的比率关系.     

Updating the CSNS injector linac to 250 MeV with superconducting double-spoke cavities

In order to update the beam power from 100 k W to 500 k W in the China Spallation neutron source(CSNS) Phase, one of the important measures is to replace the 80 m long beam transport line between the present80 Me V linac injector and the rapid cycling synchrotron(RCS) to another kind of acceleration structure. In this paper, we proposed a scheme based on 324 MHz double-spoke superconducting cavities. Unlike the superconducting elliptical cavity and normal conducting coupled cavity linac(CCL) structure, the double-spoke cavity belongs to the TE mode structure and has a smaller transverse dimension compared with that of the TH mode one. It can work at base frequency as the drift tube Linac(DTL) section, so that the cost and complexity of the RF system will be much decreased, and the behaviors of the beam dynamics are also improved significantly because of the low charge density and larger longitudinal acceptance. Furthermore, because of the relatively longer interactive length between the charged particle and the electromagnetic field per cell, it needs relatively less cell numbers and it has larger velocity acceptance compared with the double frequency TH structures. The superconducting section consists of 14 periods, each of which includes 3 superconducting cavities encapsulated in one cryomodule and a doublet in room temperate. The general considerations on cavity and beam dynamics design are discussed and the main results are presented.     

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     

A new tuning procedure for the DTL RF field pattern

The DTL tank is a multi-cell cavity. In a fabricated tank,the measured average axial field E₀ for each cell may obviously deviate from the designed value. It is generally thought the deviation is due to the errors in fabrication and assembly. But it is not always true. In this paper, it is shown that the deviation may already exist before fabrication in some cases. It is partly due to the imperfection of the current design procedures. A new design method is introduced to reduce the deviation in the design stage.     

Introduction to the overall physics design of CSNS accelerators

The China Spallation Neutron Source (CSNS) is an accelerator-based facility. The