强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计
强流质子加速器ns级快沿切束电源系统
强流质子加速器ns级快沿切束电源系统李海波;沈莉;翟军;周国仲【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2017(029)008【摘要】This paper present the detailed analysis of the principle of chopper power supply of China Spallation Neutron Source (CSNS) linear accelerator.The rising edge and the falling edge of the chopped beam bunch are important indexes of the performance of the chopper power supply.Based on the research, a chopper power supply with pulse amplitude of 6 kV and nanosecond grade edge is developed.The method of pure hardware circuit instead of software is used to realize the synchronization and AND processing of high frequency and low frequency signals, which can make the power supply output stable and reliable high voltage pulse.The power supply has two modes (multi pulse and single pulse) to meet the requirements of single beam or multi beam injection into the Rapid Cycling Synchrotron(RCS) ring.The results of the CSNS linac beam chop experiment show that the power supply meets all the design requirements.%详细分析了中国散裂中子源(CSNS)直线加速器低能端预切束电源工作原理.切束束团上升沿和下降沿的快慢是衡量切束电源性能好坏的重要指标,经过研究,研制了一台脉冲幅值6 kV,前后沿纳秒级的切束腔电源,应用纯硬件电路代替软件的方法实现高频和低频定时信号的同步和与处理,使该电源输出稳定可靠的高压脉冲.该电源基于直流高压加快速高压开关的设计方案来实现高压、高重复频率及纳秒级快沿的脉冲输出,具有多脉冲和单脉冲两种工作模式,满足了直线加速器单束团和多束团注入到快循环质子同步加速器(RCS)的要求.CSNS直线加速器切束实验的结果表明,切束电源满足各项设计指标要求.【总页数】6页(P85-90)【作者】李海波;沈莉;翟军;周国仲【作者单位】中国科学院高能物理研究所, 北京 100049;东莞中子科学中心, 广东东莞 523803;中国科学院高能物理研究所, 北京 100049;东莞中子科学中心, 广东东莞 523803;中国科学院高能物理研究所, 北京 100049;东莞中子科学中心, 广东东莞 523803;中国科学院高能物理研究所, 北京 100049;东莞中子科学中心, 广东东莞 523803【正文语种】中文【中图分类】TL507【相关文献】1.600kV强流毫微秒脉冲加速器中的前切割与后聚束系统 [J], 吕建钦;谢大林2.高流强RFQ质子加速器研制 [J], 傅世年;关遐令3.高流强RFQ质子加速器研制 [J], 傅世年;关遐令4.强流质子加速器束流剖面分布及束晕测量系统设计 [J], 孙纪磊;阮玉芳;肖帅;彭军;王标;李芳;徐韬光5.周期会切磁场聚焦强流相对论带状电子束的理论分析和粒子模拟 [J], 杜广星;钱宝良因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高流强RFQ质子加速器研制
选择注入粒子的能量为７５ ｋｅＶ，射频频率为 ３５２ ＭＨｚ。考虑到ＲＦＱ的机械加工有很高的 技术难度，物理设计应尽可能降低加工难度。 同时，ＡＤＳ对加速器装置运行的稳定性也有很 高要求。从这两个因素考虑，且为了调试的方 便和运行的可靠，保持ＲＦＱ翼间电压Ｖ沿整 个装置不变，选择为１．８倍Ｋｉｌｐａｔｒｉｃｋ系数。 在电极调制被忽略的情况下，ＲＦＱ单位长度上 的分布电容取决于电极头曲率半径与平均孔径 之比（ｐ／Ｒ。），保持翼间电压为常数最容易的办 法是保持ｐ／Ｒ。为常数。为了缩短翼顶调制曲 面数控加工时间以控制加工期间温度变化产生 的加工误差，决定采用成形刀具，即电极头曲率 半径Ｊ０为常数。这样就应保持Ｒ。不变。其结 果是，除了出入口，ＲＦＱ腔体的横截面尺寸不 沿纵向位置变化，这对简化加工难度大有好处。 在Ｖ和Ｒ ｏ不变的情况下，聚焦系数Ｂ应基本 不变。至此，在动力学设计中随纵向变化的物 理参数便仅有调制系数ｍ（２）和同步相位 ９（２）。当然，其它参数值的选取仍是动力学设 计的重要内容。在这样的给定条件下开始粒子 动力学设计，其设计目标是将束流损失控制到 最低点，这意味着ＲＦＱ加速器要有很高的柬 流传输效率。严格控制束流损失是强流质子加 速器的关键物理与技术问题，因束流损失在加 速结构上所产生的感生放射性将妨碍人们对机 器及时的手工维护，特别是较高能量的质子束 所带来的对设备的活化，必须认真对待。ＲＦＱ 加速结构的基本材料是无氧铜，在其最高束流
万方数据
增刊
傅世年等：高流强ＲＦＱ质子加速器研制
１６１
能量３．５ ＭｅＶ以下，存在的活化反应为 ６５Ｃｕ（Ｐ，ｎ）６５Ｚｎ，其反应阈能Ｅ。ｈ一２．１６ ＭｅＶ， ６５Ｚｎ的半衰期Ｔ。／。＝２４４ ｄ。在加速过程中，绝 大部分束流损失应控制在这个反应阈能之下。
强流高亮度重离子束在直线感应加速器中输运模拟研究的开题报告
强流高亮度重离子束在直线感应加速器中输运模拟研究的
开题报告
1. 研究背景和意义
随着现代科学技术的发展，高能物理研究已成为科技领域的热点和前沿之一。
其中，重离子束技术是现代物理和核科学的一个重要研究方向，具有广泛的应用领域。
由于重离子束的带电粒子束流中的离子质量大、电荷量大、能量密度高，因此在物质
研究、核物理学、生物医学、能源加速器等领域应用广泛。
直线感应加速器是传输天然或人造粒子束的基本条件之一，通过在加速器管路中产生电磁场来提高粒子的能量，从而达到加速粒子的目的。
因此，研究重离子束在直
线感应加速器中的输运过程对于提高重离子加速器的效率和精度具有重要意义。
2. 研究内容和方法
本研究将通过建立数值模型和数值仿真技术，研究重离子束在直线感应加速器中的输运过程。
具体内容和方法如下：
（1）根据输入的重离子束参数，建立数值模型，并求解它们在加速器管路中的
动力学方程；
（2）基于得到的动力学方程，利用数值仿真方法，对重离子束在加速器管路中
的输运过程进行模拟；
（3）通过数据分析和对结果的比较、修正，优化重离子束在直线感应加速器中
的输运过程，从而达到提高加速器效率和精度的目的。
3. 预期结果和意义
通过本研究，可以得出重离子束在直线感应加速器中的粒子输运特性和输运效率，进而为优化加速器设计和提高加速效率和精度提供理论和实践基础。
同时，本研究还
将为重离子束技术的发展和加速器应用的推广提供有益的支持。
100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统
100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统贾先禄;张天爵;王峰;吕银龙;魏素敏;毕远杰;宋国芳;解怀东【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2013(025)004【摘要】中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV,200 μA的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统.对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍.给出了整条束流输运线的匹配计算结果；通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料；根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算；打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计.%A 100 MeV proton cyclotron, referred to as CYCIAE-100, is designed to provide proton beams with energy up to 200 μA. When the cyclotron is under commissioning, a beam dump is required to measure the beam with a power of 20 kW. The paper introduces the beam line, target material selecting, target configuration, cooling calculation and the local shielding structure. The calculation result of the beam line matching is given. After comparing the neutron yield, flux angle and thermal activation of the targets of different materials by the proton targeting, the aluminum is selected as the target material. Based on the extraction beam energy and power of the cyclotron, a layered target configuration is designed, and thecooling calculation result is presented. The average energy of the emergent particle produced by the proton targeting is relatively high, so it will produce large radiation dose. Considering the harmful effect on the environment and personnel, the local shielding is selected for use. The calculation result and configuration of the local shielding are also presented in the paper.【总页数】4页(P977-980)【作者】贾先禄;张天爵;王峰;吕银龙;魏素敏;毕远杰;宋国芳;解怀东【作者单位】中国原子能科学研究院,北京102413【正文语种】中文【中图分类】TL503.92【相关文献】1.100MeV强流质子回旋加速器剥离靶驱动控制系统研制 [J], 温立鹏;邢建升;吕银龙;宋国芳;安世忠;曹磊;卢晓通;汪洋;殷治国;李鹏展;付晓亮;解怀东2.100MeV强流质子回旋加速器超高真空系统研制 [J], 潘高峰;张素平;李振国;张天爵;宋国芳;邢建升;秦久昌3.100 MeV回旋加速器的高功率质子束流线研制 [J], 魏素敏; 张天爵; 王峰; 安世忠; 葛涛; 温立鹏; 宋国芳; 郑侠; 刘景源4.我国自主研制超导质子回旋加速器实现内靶束流调试 [J], 翟媛媛;姜春艳5.中信重工100MeV强流质子回旋加速器主磁铁系统通过验收 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
强子束流模拟与加速器设计
强子束流模拟与加速器设计随着科技的不断发展，加速器在各个领域都扮演着至关重要的角色。
加速器的设计与模拟是其中的核心环节，特别是强子束流模拟与加速器的设计更是一个挑战性的任务。
本文将从强子束流模拟技术的发展背景、模拟原理和加速器设计角度，探讨这一主题。
1. 强子束流模拟技术的发展背景随着科技的进步，粒子物理研究对加速器的需求也日益增加。
而强子束流模拟技术作为加速器设计中关键的一环，也随之而来。
强子束流模拟技术的发展源于对宇宙学中高能粒子行为的研究，如宇宙线的起源与传播等。
为了更好地了解宇宙中的强子束流行为，科学家们开始尝试设计和模拟加速器，以便更好地研究和理解高能粒子的本质。
2. 强子束流模拟的原理与方法强子束流模拟是一项复杂而高级的技术，主要基于粒子动力学原理。
在强子束流模拟中，科学家利用计算机程序模拟粒子在加速器中的运动轨迹，包括其位置、速度、能量等参数。
这些参数的模拟对于加速器的设计和优化非常重要。
强子束流模拟主要分为两种方法，即粒子跟踪模拟和束流动力学模拟。
粒子跟踪模拟是指对每个粒子进行跟踪，计算其位置和速率的变化。
而束流动力学模拟则更侧重于研究整个束流的性质，包括散度、发射度、共振等。
这些模拟方法在加速器设计过程中发挥重要作用，帮助科学家们更准确地预测和优化束流的性能。
3. 加速器设计与强子束流模拟的关系加速器设计是利用计算机模拟方法来确定加速器结构参数的过程。
而强子束流模拟则为加速器设计提供了必要的理论依据。
强子束流模拟的结果可以帮助科学家们评估加速器的性能和稳定性，并确定设计中需要改进的地方。
在加速器设计中，强子束流模拟可以发挥多种作用。
首先，它可以帮助科学家们确定加速器的结构、材料以及磁场配置等参数，以便更好地满足实验需求。
其次，强子束流模拟还可以帮助科学家们预测并解决束流中存在的问题，如束流发射度增大、散度增加等情况。
此外，强子束流模拟还可以为加速器的实验设计提供重要的参考依据。
强流质子直线加速器中束晕现象的初步研究解析
摘要带电粒子加速器是产生各种轰击原子核的核炮弹装置 ,用以实现各种核反应及其多种应用。
从二十世纪 40 年代诞生以来 ,它就是探索原子核奥秘的最重要手段 ,极大地推动了原子能和近代科学技术的发展。
其中，强流质子直线加速器有着重要而广泛的用途和发展前景，用来驱动次临界反应堆 ,用于生产军用核材料(钚和氘) 、放射性洁净核能和嬗变核废物等。
本文从能源问题出发，说明核能源利用对未来人类发展的重要作用，引出使核利用更加安全、干净和便宜的放射性洁净核能系统（ADS）。
但是，其关键设备——强流质子直线加速器中存在着束晕现象，即在高密度束核的外围弥漫着许多粒子,这是一种复杂的时空混沌运动 ,统称束晕-混沌现象。
束晕-混沌现象不仅引起束流的损失，制约着束流功率的提高，而且导致放射性剂量超标和结构元件损坏等不良后果，对环境和人身安全造成极大的危害。
束晕-混沌现象是目前强流粒子束应用中所面临的困难问题之一。
因此，对束晕-混沌形成机制的研究有着重要的理论和实际意义。
接着介绍了前人在束晕-混沌研究方面的一些重要贡献，包括研究分析方法和七种可能导致束晕-混沌形成的物理机制。
最后，以束核-粒子模型（K-V初始分布方程）为例，对满足K-V初始分布的粒子在周期聚焦通道中的传输动力学特性进行了分析，结果表明非线性共振和混沌在失匹配束或多粒子束传输中有重要作用，直接导致了束晕的发生。
关键词：束晕-混沌，加速器，物理机制、束核-粒子模型、非线性共振ABSTRACTThe charged particle accelerators are nuclear artillery devices that produce a variety of bombardment of nuclei to achieve a variety of nuclear reactions and a variety of applications.Since its birth in the 1940s, it is the most important means to explore the mysteries of the nucleus, which greatly promoted the development of atomic energy and modern science and technology.Among them, high current proton linear accelerator has an important and extensive use and development prospects, used to drive a subcritical reactor and produce military nuclear material (plutonium and deuterium), radioactive clean nuclear energy and transmutation of nuclear waste.The paper starts from the energy problem and expounds that the use of nuclear energy will play an important role in the future of human development, following with Radioactive Clean Nuclear Power System (ADS) making nuclear use safer, cleaner and cheaper.However, the key equipment - high current proton linear accelerator exists the beam halo phenomenon,that is,the periphery of the nucleus of the high-density is filled with many particles . This is a complex spatiotemporal chaos sport, collectively referred to as the beam halo - chaos .Beam halo - chaos only causes the loss of the beam, which restricts the beam power increase but also causes the radioactive dose to exceed and damage to structural elements and other adverse consequences, and great harm to the environment and personal safety.Halo - chaos phenomenon is one of the difficult issues facing the high current beam applications.Therefore, the research of the beam halo - chaos formation mechanism has important theoretical and practical significance.Then introducesome of the important contribution of the previous beam halo - chaos research, including research and analysis methods and the seven physical mechanism that may lead to beam halo - the chaos .Finally, take the nucleus - particle model (KV initial distribution equation)as an example, to analyz the characteristics of particles meeting KV initial distribution in transmission dynamics of a periodic focusing channel.The results show that the nonlinear resonance and chaos in the mismatch beam or multi- particles beam transport plays an important role and causes the occurrence of the beam halo directly.Key Words: Haol-Chaos,Accelerator,Physical mechanism,Nucleus-particle model，Nonlinear resonance目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景及研究意义 (1)1.1.1世纪能源的挑战 (1)1.1.2强质子流产生的束晕——混沌现象 (2)1.2本课题的主要研究内容 (3)第2章束晕—混沌形成的物理机制 (4)2.1束晕-混沌研究方法 (4)2.2束晕-混沌形成的物理机制 (4)2.2.1 粒子-束核相互作用 (5)2.1.2 周期性聚焦 (6)2.1.3空间电荷的非线性效应 (8)2.1.4 电荷密度的非静态分布 (9)2.1.5 丝化效应 (10)2.1.6 共振覆盖导致束晕-混沌 (11)2.1.7 量子混沌 (12)第3章束晕-混沌系统的基本动力学特性分析及数值模拟 (13)3.1束核-单粒子模型中束包络振动方程的归一化和单粒子运动方程组 (13)3.1.1束核-单粒子模型中束包络振动方程的归一化 (13)3.1.2单粒子运动方程组 (15)3.2束包络和单粒子的数值模拟及分析 (16)3.2.1束包络的数值模拟及分析 (16)3.2.2粒子运动的数值模拟及分析 (20)结论 (23)参考文献： (24)致谢 (26)第1章绪论1.1课题背景及研究意义1.1.1世纪能源的挑战众所周知，当今世界对能源的需求越来越大，而人类目前可利用的能源资源毕竟有限，近几年随着世界经济局势的快速变化，化石燃料有的将逐渐耗尽。
100MeV强流质子回旋加速器新磁场下的束流动力学计算
图2 中心区试验台架射频系统的无载震荡a——仿真结果；b——传输线调整前；c——传输线调整后上述射频系统稳定性问题解决后，我们在两个方面展开了台架的射频系统的进一步改进工作：1）定制了功率容量更大的阳极变压器，使末级电子管的阳极电压由7.8 kV提高到9.2 kV，从而将原发射机的基波输出功率由10 kW提高到了14 kW；2）由于功率的提高对稳定性提出了更高的要求，增大系统功率后，我们对末级中和线路进行了进一步的精确调整，使得输入输出隔离提高了13 db，进一步确保了系统的稳定性。
此后，于2009年9月末，中心区试验台架的高频系统首次达到并超过了预先设计加速电压，为中心区试验台架内靶束流强度达到400 μA提供充足的加速能量。
由于原发射机的中和线路需要拆卸电子管才能进行调整，实际工作时可维护性较低。
我们结合其他实验项目自2009年11月起设计、加工、建立了10 kW量级末级发射机试验台架。
2010年初台架的假负载功率实验表明，新的中和方式能获得更好的输入输出隔离度，并在高功率情况下可在线调整，为我院升级工程射频系统稳定性提供了新的技术储备。
100 MeV强流质子回旋加速器新磁场下的束流动力学计算姚红娟，张天爵，钟俊晴100 MeV强流质子回旋加速器的磁铁直径为6.16 m，磁铁高2.31 m。
在加工厂家调研以及加工结构方案评审后，最终确定了主磁铁的结构。
在确定了结构方案后，重新进行了磁场三维模拟计算。
根据新的磁场分布完成了束流动力学的计算，调整方案后的磁场能够保证较好的束流动力学结果。
1 静态轨道的计算1.1 共振和滑相采用程序CYCLOP进行静态平衡轨道的计算，计算结果如图1和图2所示，分别给出了粒子横向自由振荡频率和微分滑相的结果。
由图1可以看出只有在低能区束流会碰到共振线，但可以快速穿越，并避开了引出区的Walkinshaw共振。
从图2可以看出由三维有限元方法计算出的等时性磁场引起的滑相可控制在较小的范围内。
质子加速器束流位置与相位测量需求
研究内容
BPM束流信号处理系统原理框图
ADS质子加速器束流结构
❖ 研究出的原理样机可以直接应用于ADS质子直线加速器RFQ后的BPM探头信号处理分析。
❖ ADS质子加速器束流频率为162.5 MHz，束团宽度为大概为1ns，相宽60 度，束流流强范围约为0.5mA10mA。
Amplitude
Phase calculation through IQ 1
立项背景
❖ 加速器驱动次临界洁净核能系统（Accelerator Driven Sub-critical System， ADS）是利用加速器加速的高能质子与重靶核发生散裂反应，一个质子引起的散裂 反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源来驱动次临界包层系统，使 次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核 废物。
-0.8
-1 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
基频信号采样时域波形图
原理方法的仿真确认 ❖ 1）固定基频信号初始相位，改变二次谐波信号相位，测量相位差。仿真结果表明
测量值与设置值完全吻合，表明测量方法是正确的。
❖ 2）其次考虑不同的起始采样时刻对测量结果的影响。固定两信号相位，改变起始 采样时刻，测量相位差的变化。仿真结果表明测量值与起始采样时刻无关。
0.8 Q
0.6
0.4
I
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
I
Q
-0.8
-1
0
1
2
3
4
5
6
Time
arctan
I Q
相位测量
位置测量
强流RFQ加速器设计中两种设计程序的结合
第37卷第3期原子能科学技术Vol.37,No.3 2003年5月Atomic Energy Science and TechnologyMay 2003强流RFQ 加速器设计中两种设计程序的结合关遐龄1,罗紫华2(11中国原子能科学研究院核物理研究所,北京 102413;21中国科学院高能物理研究所,北京 100039)摘要: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315MeV 、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。
关键词:RFQ 束流动力学;Lidos.RFQ 程序;Parmteqm 程序中图分类号:TL594 文献标识码:A 文章编号:100026931(2003)0320208205Joint of Two Dynamics Design Codes for High Current RFQGUAN Xia 2ling 1,L UO Zi 2hua2(11China Institute of A tomic Energy ,Beijing 102413,China ;21Institute of High Energy Physics ,Beijing 100039,China )Abstract :There are two codes for the dynamics design of high current RFQ accelerator ,which are Parmteqm from LANL and Lidos.RFQ from R TI.During the beam dynamics design of China high current RFQ which is a RFQ machine of 3.5MeV 260mA 2352MHz ,jointing two codes is tested to develop the characteristics of tow codes together.Some results of design for the RFQ are shown in the paper.K ey w ords :beam dynamics of RFQ ;Lidos.RFQ code ;Parmteqm code收稿日期:2002207202;修回日期:2002211225作者简介:关遐龄(1939—),男,黑龙江阿城人,研究员,加速器物理专业1 强流RFQ 动力学的设计模式通常的RFQ 加速器设计次序是由LANL 开发的设计程序Parmteqm 规定的Rfquick 、Curli 、Pari 和Parmteqm[1],它考虑了由圆顶电极引入的高阶多级效应和镜像电荷的作用。
强流短脉冲电子束束剖面测量技术
1. 5MV/ 4kA
O TR
[7]
R K2TBA
U. S. A
/
1. 0MV/ 1. 2kA
CR
[8]
Super IBEX
U. S. A
5MV/ 100kA/ 40ns
/
Faraday cup array , CR
[9]
AIRIX
France
20MV/ 3. 5kA/ 60ns
4MV/ 3. 5kA/ 60ns
目前 ,强流短脉冲电子束 (典型的电流脉冲为 kA 量级 ,脉冲时间为 ns 量级) 大多由直线感应加速器 L IA (linear induction accelerator) 产生 。由于 L IA 的用途很广泛 ,例如可用于粒子束聚变 、射束武器 、X 光照相 、自由 电子激光和辐照效应等研究领域 ,因此很多国家都建造了直线感应加速器 :美国 LL NL 实验室先后建成 FXR 、 ETA 、ETA2 Ⅱ、A TA 几种电子直线感应加速器 ;LANL 建成 DARH T 电子直线感应加速器 ;法国建成 L EL IA 和 A IR IX ;俄罗斯建成 L IA230 ;中国工程物理研究院于 1993 年建成 10MeV 电子直线感应加速器[1 ] 。 在加速器的研究中 ,电子束的束剖面信息的获得 ,对于加速器的调试 、加速器工作特性的评价以及对于加 速器的进一步改进 ,都起着极为重要的作用 。因此 ,国际上都大力发展束剖面测量技术 。本文对当前的强流短 脉冲电子束束剖面测量技术作了简要的评述 。
院已发展了该种测量技术[13 ] 。
1. 4. 3 渡越辐射 ( TR)
当带电粒子从一种介质突然进到另一种介质时 ,电磁场分布重新调整 。一部分作为渡越辐射光辐射出
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１ 束 流 剖 面及 束 晕 探 测 器 的 探 头 设 计
束 流剖 面测量 和束晕 测量 的探 头部分 设 计 成一 个 整体 ， 同一 个机 械 驱 动机 构 操 作 ， 探头 由两 部分 构 由 即 成 ： 丝和 刮束板 。其 中细丝用 于测 量 中心部 分 的束 流 分 布 ， 细 带水 冷 的 刮束 板 则 用 于测 量 束 晕部 分 的 束 流分
线加 速器 束 晕 产 生 的研 究 工 作 ， 中 的束 流 剖 面 分 布特 别 是 束 晕 部 分 测 量 的 束 流 诊 断 系 统是 研 究 工 作 的 核 心 其 内容 。束 晕 的 产 生 在 低 能 量 段 尤其 重要 ， 且对 整 个直 线 加 速 器 的 设 计 有 重 要影 响 。介 绍 了研 究 束 晕 增 长 的 束 流输 运 线 和测 量 系 统 的 布 局 设 计 ， 根 据 所 研 究 的 加速 器束 流 的 情 况 进 行 束 流 剖 面 探 测 器 和 束 晕 测 量 的设 计 并 和 预研 ， 括 丝靶 材料 的模 拟 计 算 和 选 择 、 械 驱 动 的 控 制 系 统 设计 和研 究 、 端 模 拟 电路 的设 计 和仿 真 模 拟 、 包 机 前 以及 整个 系统 与 Ｅ Ｉ Ｓ和 Ｖｘ ｒｓ的计 算 机 控 制 接 口等 。 ＰＣ Ｗｏｋ
座被 活化 。
探测器 及刮束 板 的机械模 型如 图 １ 所示 。丝 扫描 的范 围为 ±３ （ 为束 流 的横 向 Ｒ ａａ ＭＳ尺 寸 ） 束 流可 完 全 ， 穿过碳 丝 ， 丝上 的信号 主要是 由二次 电子发 射产 生 ； 于刮束 板 ， 测量 范 围 为束 流 ± （ ． ～２ ５ 宽 度 外 的 对 其 ２０ ． ）
束流 剖面及 束晕探 测器 安装在 磁铁 的间 隙 ， １ 共 ４套 ， 相互 配 合测 量水 平方 向和垂 直 方 向 的束 流分 布 。最前 可
面 的 ２套用 于测量 经过 ４ 匹配 四极磁铁 后 的束流 剖面情况 ； 面的 １ 块 后 ２套 ， ６套 ．， 方 向交替 布置 ， ６套 前 Ｙ ７ 后 全部 测量 ．方 向。这样 布置是 为 了保 证 可 以测 量束 晕 及观 察 束晕 的增 长情 况 。束 流剖 面 及 束晕 测 量 系 统 由 Ｙ ７ 探头 、 探头 的运动 控制 、 头信 号 的前 端模拟 电路 处理及 读 出 ３部分 构成 。 探
强 流 质 子 加 速 器 束 流 剖 面 分 布 及 束 晕 测 量 系 统 设 计
孙纪磊， 阮玉芳， 肖 帅， 彭 军， 王 标， 李 芳， 徐韬光
（ 国科 学 院 高 能 物理 研 究 所 ，北京 １０ ４ ） 中 ０ ０９
摘
要 ： 针 对 一 台用 于加 速 器 驱 动 洁 净 核 能 源 系 统 研 究 、 占空 比 的强 流 质 子 加 速 器 ， 展 强 流 质 子 直 高 开
的束 流剖 面测量 和束晕 测量设 备 ， 将为 Ｃ ＮＳ加速 器相关 设 备 的研制 提 供样 板 。我们 建造 的束 流传 输 线 由 也 Ｓ 在 Ｒ Ｑ 后安 装 的 ２ Ｆ ８块磁 四极磁铁 构成 ， ４块 铁为 匹配磁铁 ， ２ 前 后 ４块铁 构成具 有一定 周期 数 的强聚焦 结构 。
第２ ３卷第 ｌ 期
２１ ０ １年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＩＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＩＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏｌ２３，Ｎ０． ＿ １
Ｊｎ ａ ．。２ ｌ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ ３ ２ ２ １ ） １０ ９ ５ ０ １４ ２ （ ０ １ ０ — １ ００
射 频 四极场 （ Ｆ 加 速器 作为前 端加速 器或 注入 器 已为 国际上 几乎 所 有 的质 子 直线 加速 器 所采 用 ， Ｒ Ｑ） 也是 中国散 裂 中子源 （ Ｓ ）１ Ｃ ＮＳ Ｉ 和加 速器 驱动 洁净核 能源 系统 （ Ｓ 的重要 组 成部 分 。低 能 强 流质 子加 速 器 因为 ＡＤ ） 存在 很强 的空 间电荷效 应 ， 晕 的增 长非 常严重 ， 束 而束 晕 的增 长是 导致 束 流损失 的最重 要 因素 。在强流加 速器 中， 流损失 是加 速器设计 中的一个 重要 指标 ， 束 同时 也是 监 测加 速 器 运行 是 否 稳定 和环 境 是 否安 全 的 重要 参 数 。中 国科学 院高 能物理 研究所 建造 的用 于 Ａ ＤＳ研 究 的 Ｒ Ｑ 加 速器 ， 输 出束 流 能量 为 ３ ５Ｍｅ 峰值 流 Ｆ 其 ． Ｖ，
强达 到 ４ ６ｍＡ， 适合 研究 束晕 的形 成机 制 。我们得 到 ９ ３ 目的经 费资 助 ， 很 ７项 将建 设一 个研究 低能 强流质 子束 束晕形 成 的束流传 输和测 量 系统 。本文所介 绍 的束流截 面及 束晕测量 系统 的主要 作用 是测 量束 流剖面及 束晕 的大小 和其沿 束流 线 的变 化情 况 ， 为研 究束 晕产生 和增 长的机 制 以及 控制束 流损 失提供 依据［ 同时 ， 涉及 ２。 所
布 。刮束板 的结构 包括一 端带 直径 为 ５ｍｍ 的水冷 管道 的铜 座和其 两侧 表面 焊接厚度 为 １ ５ｍｍ 的石墨 。由 ． 于 ３ ５Ｍｅ 的质 子束入 射石 墨层 的射程为 １ ０ Ｈ 左 右 ，１ ５Ｉｍ 的石 ｌ Ｔ 从
关键 词 ： 强 流质 子加 速 器 ； 束 流 剖 面分 布 ； 束 晕 ； 丝 靶 ； 步 进 马 达 ； 前 端 模 拟 电 路
中 图分 类 号 ： ＴＬ ０ Ｓ６ 文献 标 志码 ： Ａ ｄ ｉ １ ． ７ ８ ＨＰＩ ２ ｌ ２ Ｏ ． １ ０ ｏ：０ ３８ ／ ０ １３ １ ０ ９ ＰＢ