LIA注入器发射度增长机理研究及其抑制措施

闪光X光照相是强流直线感应加速器（LIA）目前最重要的应用之一。为了获得更小的焦斑尺寸以达到精密照相的目的，减小LIA的发射度成为主要的技术途径之一，因此首先要求作为LIA束源的注入器能提供低发射度的带电粒子束。本文从非线性作用力导致束剖面电流密度分布变化的角度对注入器发射度的演变进行研究，根据研究揭示的规律提出相应的抑制发射度增长的措施。     

环形电子束X-波段相对论速调管实验研究

 相对论速调管放大器试验中，采用强流环形电子束，可提供器件更大的脉冲功率，虽然电子束—微波转换效率有所降低，但可望获得更大的辐射功率。另外，研究表明由于采用环形电子束，相互作用间隙中出现静电绝缘现象，有助于提高腔的功率容量而避免打火现象。我们利用为实心束而设计的相对论速调管放大器，适当改变有关参数，获得大于5MW的微波输出，电子束参数为550keV,500A。     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。     

磁场调控型离子源的设计与实验

磁场调控型离子源在离子源等离子体扩散空间中引入轴向强脉冲磁场,磁场起两方面的作用,一是形成潘宁放电效应,使原子、气体分子碰撞电离效率增加;二是在脉冲强磁场的作用下,强轴向磁场将质量较轻的离子约束在轴线上,对质量较重的金属离子约束能力较弱,导致其在等离子体膨胀引出通道中碰壁损失,能够提升引出轻离子的比例。开展了磁场调控的离子源放电结构、强脉冲螺线管磁场以及引出束流光学结构的设计;测量分析了引出离子流强和离子打靶束斑形貌。研究结果表明,强轴向磁场通过等离子体对混合离子成分的筛选作用,可有效提高引出离子流强中的轻离子成分比例。     

低能质子束脉冲踢束器的物理设计

电子回旋共振(ECR)质子源产生的脉冲质子束脉宽通常在ms或亚ms量级,高梯度加速结构要求注入的质子束脉宽为100 ns或更短,需要一个脉冲踢束器将大部分不需要的束流踢开,留下所需的短脉冲质子束。设计的踢束器采用静电偏转方法,针对在研ECR质子源的束流参数,设计了脉冲踢束器的结构尺寸,使用ANSYS软件计算了踢束器的静电场分布情况,利用软件内置的CMATRIX宏提取了结构电容的数据,给出了对脉冲踢束电源的参数要求,讨论了踢束脉冲上升沿和产生的束流脉冲上升沿的对应关系。     

用于磁压剪技术的10 T准静态磁场发生器

基于理论分析和数值模拟,建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器,由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成,通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关,向一对磁体线圈放电,进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时,在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%,满足磁压剪实验要求。     

基于二次电子发射的离子束剖面测量

介绍了利用二次电子发射测量束流强度分布的基本原理。针对能量为几十keV的低能离子束,制作了一个基于印刷线路板工艺的离子束剖面测量系统模型。模型采用宽度1.8 mm的金属条作为收集电极,相邻两条之间的间距为2 mm。利用电子回旋共振源对束流剖面测量系统进行了性能测试,考察了网栅电压对信号收集的影响以及系统的线性响应和成像特性。结果表明,探测器输出信号与束流强度之间具有较好的线性关系,系统能得到离子束的一维横向强度分布,位置分辨率2 mm。     

神龙二号注入器阳极杆内电子束包络测量技术

在注入器段阳极杆内不同位置进行电子束包络的测量可以为多脉冲电子束在注入器段的传输磁场配置调试提供最直接的支撑,也是研究热阴极发射性能的重要手段,测量工作具有极为重要的意义。神龙二号采用热阴极作为多脉冲电子束源的发射体,对真空的要求极高,且加热及降温周期较长,不适合频繁地破坏真空进行测量位置的调整;针对这样的特点,设计了一套可伸缩式的测量装置,结合多幅分幅相机,在不破坏真空的情况下,可以完成多个位置的束包络的时间分辨测量,在提高测量效率的基础上进一步提高了注入器的调试效率。     

固态高压脉冲形成线研究

 为了实现高压脉冲形成线小型化,开展了平板固态脉冲形成线研究。实验研究了两种作为储能介质的固态材料的高压体击穿特性、沿面闪络特性和频率响应特性,一种是特种复合材料,其相对介电常数在50～250之间,另一种是功能陶瓷,其相对介电常数在200～1 000之间。在此基础上,研制了两种平板固态脉冲形成线。特种复合介质固态脉冲形成线试验电压为3 kV左右,输出电压脉冲半高全宽（FWHM）可以达到58 ns;功能陶瓷介质固态脉冲形成线的试验充电电压超过120 kV,输出电压脉冲半高全宽为92 ns。     

“神龙-I”直线感应加速器束流输运系统设计

 系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。