漂移管直线加速器高功率波导窗的物理设计

为了研发中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线加速器(DTL)的功率耦合器,在对常规波导窗结构进行改进的基础上,设计了一种新型高功率波导窗。利用微波仿真软件CST优化了波导窗的高频传输特性,并采用ANSYS分析了波导窗在通功率时的温升及热应力以防止陶瓷片破裂,结果表明,波导窗能传输的最大平均功率达到了800 kW。校核了波导窗抽真空时的机械强度,并对陶瓷窗高频打火进行初步讨论,结果表明,漂移管直线加速器入腔功率为2 MW,小于波导窗的临界输入功率2.355 MW,窗内打火的机率很小。     

散裂中子源漂移管直线加速器功率耦合器的冷测及分析(英)

功率耦合器是中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线段(DTL)的关键部件之一,其耦合系数通常通过调节耦合孔尺寸得到,为了确保耦合系数达到设计值,制造了一个冷模进行耦合度的调节。在冷模测量过程中,发现了仅通过改变耦合孔尺寸耦合系数达不到目标值的问题,因此提出了一种与测量结果对比有良好仿真精度的新模型用于分析,并使用该仿真模型分析了PEFP使用的理论及影响耦合度的主要参数。最终耦合度被调节至目标值,正式件的冷测结果也表明其与仿真结果基本相同。     

散裂中子源漂移管直线加速器功率耦合器的冷测及分析(英)

功率耦合器是中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线段(DTL)的关键部件之一,其耦合系数通常通过调节耦合孔尺寸得到,为了确保耦合系数达到设计值,制造了一个冷模进行耦合度的调节。在冷模测量过程中,发现了仅通过改变耦合孔尺寸耦合系数达不到目标值的问题,因此提出了一种与测量结果对比有良好仿真精度的新模型用于分析,并使用该仿真模型分析了PEFP使用的理论及影响耦合度的主要参数。最终耦合度被调节至目标值,正式件的冷测结果也表明其与仿真结果基本相同。     

等效电路模型在漂移管直线加速器场稳定性调制中的应用

漂移管直线加速器（DTL）通过采用杆耦合器加速结构,实现加速电场的稳定性。为了分析电场稳定性的调制机理,简要说明DTL的腔体结构,并对其进行集总参数的等效模拟,给出等效电路分布。最后着重对耦合杆与漂移管之间相互作用的等效电容进行了仿真研究。针对上述电路分布,采用电路理论分析了高频场扰动及稳定性的实现机理。通过将稳定结构下的等效电容求解结果与该电容的模拟仿真值进行比较,得出稳定状态下的耦合杆与漂移管之间间隙取值的合理区间。最后通过对不同调节条件下的扰动电场进行仿真分析,一定程度上验证了结论的正确性。     

等效电路模型在漂移管直线加速器场稳定性调制中的应用

漂移管直线加速器(DTL)通过采用杆耦合器加速结构,实现加速电场的稳定性。为了分析电场稳定性的调制机理,简要说明DTL的腔体结构,并对其进行集总参数的等效模拟,给出等效电路分布。最后着重对耦合杆与漂移管之间相互作用的等效电容进行了仿真研究。针对上述电路分布,采用电路理论分析了高频场扰动及稳定性的实现机理。通过将稳定结构下的等效电容求解结果与该电容的模拟仿真值进行比较,得出稳定状态下的耦合杆与漂移管之间间隙取值的合理区间。最后通过对不同调节条件下的扰动电场进行仿真分析,一定程度上验证了结论的正确性。     

直线加速器的原理简介

对直线加速器的基本原理作简单介绍，使对此问题不甚了解的许多理工科大学生能得到一个概貌性的认识。     

第二讲 散裂中子源和高功率质子加速器

文章介绍了与散裂中子源相关的高功率（几十千瓦到几兆瓦）质子加速器的发展状况,比较了不同类型的加速器组合的优缺点和它们的应用范围,并着重介绍该类型加速器所研究的主要加速器物理和加速器技术问题,其中很多都是当今国际粒子加速器领域的前沿问题.文中还简单地介绍了中国散裂中子源（CSNS）计划的加速器概念设计方案.     

用于散裂中子源直线加速器超导段相速度设计分析

对用于散裂中子源的质子直线加速器的超导加速段进行了初步设计,其中,包括加速腔腔形的设计和优化、超导加速段的结构布局.另外,对超导加速腔的加速单元数的选择及设计值β_G的确定、加速腔的优化原则及束流的动力学性质进行了讨论.     

CIAE重离子加速器物理研究平台

中国原子能科学研究院正在规划中的重离子加速器物理研究平台的基本方案是在 现有的HI-13串列加速器的后端新建一台能量增益为18MeV/q的重离子超导直线加速器.超导直线加速器包括: 36个铜铌溅射型四分之一波长(QWR)谐振腔; 9个恒温柜, 及一系列等时性消色散束流传输系统. 同时配套建设一条与现有的HI-13串列加速器相并列的重离子四杆型射频四极加速器——RFQ和交叉手指型漂移管直线加速器IH-DTL接受来自ISOL的正离子束,然后直接注入到超导直线加速器.     

医用质子加速器注入器7MeV漂移管直线加速器的设计

 针对质子治癌直线加速器功耗少、长度短的要求,设计了一台工作频率为324 MHz的漂移管型质子直线加速器(DTL)。该DTL把粒子从2.5 MeV加速到7 MeV,功耗为265 kW, 总长1.9 m。横向聚焦采用FODO结构,漂移管内放置永磁铁。提出一种新的束流匹配方案,在射频四极场加速器(RFQ)与DTL之间不设束运线,而是以 DTL入口处的4个单元为匹配段,把RFQ出口处相椭圆匹配到DTL周期结构入口处的相椭圆。 用PARMILA程序对该DTL进行了动力学模拟,结果表明该方案的束流发射度增长很小。     

Tuning of RF amplitude and phase for the drift tube linac in J-PARC

The J-PARC linac has three DTL tanks to accelerate the negative hydrogen ions from 3 MeV to 50 MeV. The RF phase and amplitude are adjusted for each cavity with a phase scan method within the accuracy of 1°in phase and 1% in amplitude. The experimental results show a remarkable agreement with the numerical model within a sufficient margin in the tuning of the last two DTL tanks. However, a notable discrepancy between the experiment and the numerical model is seen in the tuning of the first DTL tank. After studying with a three-dimensional multi-particle simulation, the generation of the low energy component and the pronounced filamentation are identified as the main causes of the discrepancy. The optimization of the tuning scheme is also discussed to attain the tuning goal accuracy for the first DTL tank.     

Tuning of RF amplitude and phase for the drift tube linac in J-PARC

The J-PARC linac has three DTL tanks to accelerate the negative hydrogen ions from 3 MeV to 50 MeV. The RF phase and amplitude are adjusted for each cavity with a phase scan method within the accuracy of 1° in phase and 1% in amplitude. The experimental results show a remarkable agreement with the numerical model within a suffcient margin in the tuning of the last two DTL tanks. However,a notable discrepancy between the experiment and the numerical model is seen in the tuning of the first DTL tank. After studying with a three-dimensional multi-particle simulation,the generation of the low energy component and the pronounced filamentation are identified as the main causes of the discrepancy. The optimization of the tuning scheme is also discussed to attain the tuning goal accuracy for the first DTL tank.     

行波谐振环和陶瓷窗高功率老炼

 为了老炼国家同步辐射实验室200 MeV直线加速器新陶瓷窗,制作了一个功率增益4.5,最高峰值功率60 MW的波导行波谐振环。对谐振环的工作原理和技术参数进行了简单介绍。对陶瓷窗功率老炼的步骤和应注意的技术细节进行了较详细的分析,提出了克服电子倍增效应的一些方法。陶瓷窗老炼峰值功率为30 MW,平均功率3.7 kW,脉冲长度2.5μs。     

IH型永磁漂移管加速腔初步设计

设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔。通过迭代设计,使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致。设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV,长度0.96 m,分流阻抗约90 M/m。不考虑束晕和误差因素,50 mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级。     

CSNS RCS射频系统双谐波模式低电平控制模拟实验

介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器一期工程(CSNS-Ⅰ/RCS)拟采用的双谐波加速方案。针对该方案需要在加速周期内对8个射频腔之一进行工作模式切换的特殊要求,对设计实现的基于现场可编程门阵列（FPGA）技术的数字化低电平控制系统采取了一系列优化措施,包括模式切换时段控制回路的开环、功率源两级调谐回路的错时闭环等。在射频系统样机平台开展的模拟实验表明该低电平控制系统动态性能良好,双谐波方案可行性得到了一定程度的验证。     

射频漂移管加速器的电聚焦作用

利用透镜近似方法,研究新型质子直线加速结构射频漂移管加速器(RFD)的性质,推导出其运动方程、透镜转换矩阵及稳定加速条件.     

医用质子加速器注入器7 MeV漂移管直线加速器的设计

针对质子治癌直线加速器功耗少、长度短的要求,设计了一台工作频率为324 MHz的漂移管型质子直线加速器(DTL)。该DTL把粒子从2.5 MeV加速到7 MeV,功耗为265 kW, 总长1.9 m。横向聚焦采用FODO结构,漂移管内放置永磁铁。提出一种新的束流匹配方案,在射频四极场加速器(RFQ)与DTL之间不设束运线,而是以 DTL入口处的4个单元为匹配段,把RFQ出口处相椭圆匹配到DTL周期结构入口处的相椭圆。 用PARMILA程序对该DTL进行了动力学模拟,结果表明该方案的束流发射度增长很小。     

行波谐振环和陶瓷窗高功率老炼

为了老炼国家同步辐射实验室200 MeV直线加速器新陶瓷窗,制作了一个功率增益4.5,最高峰值功率60 MW的波导行波谐振环。对谐振环的工作原理和技术参数进行了简单介绍。对陶瓷窗功率老炼的步骤和应注意的技术细节进行了较详细的分析,提出了克服电子倍增效应的一些方法。陶瓷窗老炼峰值功率为30 MW,平均功率3.7 kW,脉冲长度2.5μs。