兰州重离子冷却储存环二极磁铁设计

介绍了兰州重离子冷却储存环主环(CSRm)的改进W型二极磁铁和实验环(CSRe)C型二极磁铁的磁场计算和物理设计,在降低了磁铁造价和运行费用的前提下设计参数达到或超过了物理要求.根据样机的加工和检测结果来看,所有的磁场计算和物理设计的结果是可靠的.

CSR切割磁铁设计

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL CSR)由一个主环(CSRm)和实验环(CSRe)构成.两个储存环的束流注入与引出都需要借助于切割磁铁的导向来完成.介绍了CSR的切割磁铁的物理设计和二维场计算.

兰州重离子加速器冷却储存环kicker磁铁设计

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)CSRm引出kicker磁铁的物理设计、参数计算以及结构设计和加工。为了减小电感,使上升时间达到要求,CSRm引出kicker磁铁采用分布式的传输线方案,同时将无感电容与磁铁并联以满足匹配的问题。磁铁用单匝线圈和铁氧体铁芯来降低电感、减少涡流损耗,并采取两台电源成对供电、导体一端共地的结构形式消除杂散电感和轴向场,这种方式不但消除了过桥的不利影响,而且可通过调节导体间距离方便的调节磁场均匀区宽度和磁铁电感。完成设计后磁铁电感小于1μH,在140 mm范围内磁场均匀度好于±0.5%,最高磁场达到0.038 T,最大峰值激磁电流约为2.5 kA。

武威重离子治癌装置高能束线的准直安装

武威重离子治癌装置高能线爬升段上下跨度约为18m,由于超大超重元件的悬空安装和狭小的安装空间及通视条件不足,使得就位时磁铁的位置及角度与地面做标定时不同,给准直安装工作带来了挑战。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过多重坐标转换,探索了一种新的方法,消除了爬升段磁铁调节时角度带来的偏差,有效提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的磁铁安装各向安装误差均控制在0.10mm以内,其结果优于该装置的精度要求,为整体安装进度提前提供了有力保证。

激光跟踪仪和关节臂在SSC-LinacRFQ测量中的组合应用

SSC-Linac RFQ(Separated Sector Cyclotron Linac Radio Frequency Quadrupolec)是中国科学院近代物理研究所和北京大学共同研制的国内首台高电荷态强流重离子连续波四杆型加速器,机械加工的高精度是RFQ能否顺利出束的关键步骤之一。为了检测其机械形位公差,采用了激光跟踪仪和关节测量臂合理组合应用的测量新方法,使两种高精度的测量仪器能扬长避短,克服了大尺度工件形位公差传统测量方法的不足,使其在测量过程中发挥其最优的使用性和操作性,有效地提高了工作效率,从而保证RFQ高精度的测量结果。

碳离子治疗系统的研发与成果转化

碳离子束因其倒转的深度剂量分布和高的相对生物学效应,具有对正常组织损伤小、副作用低等优势,是目前实体肿瘤治疗最先进的放疗用射线。2019年9月29曰,由中国科学院近代物理所及其控股公司兰州科近泰基新技术有限责任公司研制的碳离子治疗系统获批第三类医疗器械产品注册,用于恶性实体肿瘤的治疗,填补了高端医疗器械碳离子治疗系统国产化空白,对于提升我国肿瘤诊疗手段和水平具有重大意义。

兰州重离子加速器冷却储存环磁场测量系统

文章涉及兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL CSR)的磁场测量系统。对霍尔片点测量系统、积分长线圈测量系统和谐波线圈测量系统的构成、控制与获取系统,以及新建成设备和探头的结构特点、参数作了详细描述。本测磁系统的精度和重复性完全满足CSR大型高精度磁铁测量的需要,已经完成了对CSRm注入线所有二极磁铁和四极磁铁的测量,正在进行其它各类磁铁的测量。

高压原子物理实验平台和物理研究规划

介绍了高压原子物理平台束流线的主要结构和特点 ,简要分析了利用高压平台真空原子分子物理研究需求 ,讨论了开展原子分子物理、表面物理、材料物理和生物物理相关的物理研究的可能性。

CR超导二极磁铁线圈受力分析

介绍了FAIR项目CR超导二极铁的线圈结构。采用有限元分析方法,对线圈的电磁力作用进行二维计算分析,得到了线圈的二维位移变形和应力分布规律,同时也分析计算了线圈、线圈盒的三维受力以及位移形变,为线圈盒和支撑结构的优化设计提供了参考依据。

分离扇回旋加速器磁通道的复测安装

由于空间狭小且不能通视,分离扇回旋加速器的检修与准直复位一直困扰着机械准直人员。加上时间紧张,如何快速准确找到故障原因和准确复位是保证加速器正常运行所必须思考的问题。分析了磁通道的工作原理和传动机制,建立了有效的传动监测模型,标定并改善了电机的传动性能。基于多重坐标系转换总结出一种快速安装的方法,快速复位精度满足物理要求,保证束流的顺利引出。该方法精度满足实验要求(不超过0.2mm),具有可继承性,能够为相关加速器类似元器件的检修与准直工作提供依据。

冷却储存环主环注入线二极磁铁测量

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环工程主环注入线二极磁铁的测磁系统和测磁结果。着重分析了垫补线圈和极头削斜两种手段对C型弯曲二极磁铁积分磁场径向分布均匀度的调节效果。并且分析了TOSCA三维磁场计算程序与实际测量结果之间的误差及其产生的原因。

武威重离子治癌装置回旋注入系统的准直安装

武威重离子治癌装置回旋注入系统由自重50余吨的回旋加速器和离子源等多个元件组成,由于离子源和回旋加速器的上下共架结构及回旋注入系统自身过于紧凑等原因,给各元件的安装准直工作增加了难度。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过自下而上分级准直安装及高空架设仪器的方法,克服了通视条件不足等困难,有效提高了工作效率,所有的安装元件误差都控制在0.10mm以内,其结果好于该装置的安装精度要求。回旋注入系统已成功出束,各项指标均已达到或优于设计指标,从而验证了准直安装工作的准确性与可行性。

HIRFL-CSRe二极铁积分磁场测量

介绍了兰州重力加速器冷却储存环实验环二极磁铁积分长线圈测磁装置的构成,描述了实验环二极铁的分散性测量、横向分布测量、传递函数等测量内容及测量方法。实验环二极铁采用不断地加减硅钢铁片垫补和加调整线圈电流的方法来调整二极磁铁的有效长度来改变分散性。通过垫补和测量,二极磁铁的分散性在优化磁场时达到±2×10-4。同时给出了二极铁的横向分布和传递函数的测量结果。对二极铁的设计和加工进行了修正。

兰州重离子治癌装置同步加速器切割磁铁研制

切割磁铁作为同步加速器注入引出的关键部件之一,对磁场及切割板结构都有严格的要求。介绍了兰州重离子治癌装置(HIMM)同步加速器切割磁铁的设计情况,基于磁场优化软件OPERA,对切割磁铁磁场均匀度及杂散场的分布进行了详细的分析。根据磁场要求优化结构设计,完成了磁铁的加工。磁场测量结果分析显示,有效场区范围内磁场均匀度优于设计结果。同时通过对磁铁端部屏蔽处理,在环内侧管道处杂散磁场降到2mT以内,满足物理设计要求。

低温恒温器变形的仿真与监测分析

为保证加速器驱动嬗变研究装置的稳定运行,需要快速高精度安装低温恒温器并监测其低温位移和变形。从理论上分别计算了低温恒温器真空、低温变形,且进行了实测验证其正确性。通过有限元模拟计算玻璃纤维(G11)作为准直监测目标,有效控制监测目标自身的低温变形(≤0.1 mm)。采用双跟踪仪联机准直的新方法,使恒温器安装效率提高了70%。通过对恒温器降温循环中受力分析,表明其变形既包含真空又有低温变形,且和结构密切相关。这些措施有效地提高了准直安装效率和低温监测精度,保证了25 Me V连续质子束的成功引出,且有益于未来恒温器的优化设计和升级。

FAIR项目Super-FRS超导二极磁铁测试线圈的三维失超数值模拟(英文)

国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体,由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性,前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型,不仅将模拟结果和实验数据进行对比,更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析,OPERA 3D用于磁场计算,并采用ANSYS脚本语言(APDL)进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。

超导直线加速器准直方案设计

为满足超导直线加速器中物理对准直的时间和精度要求,分别设计了其准直控制网、准直安装工艺、准直监测方法和准直工作规划。设计了三级四维控制网;改进当前加速器准直中普遍存在的开环缺陷;结合国内外现状提出常温、低温下静态和动态监测方法,依据物理计划规划了准直安装中关键环节的工作计划;最后在统计待准直元件的基础上预估了准直所需时间和准直安装的精度,得出准直时间和精度均能满足物理需求。提出了狭义和广义的闭环准直工艺,可有效提高加速器准直测量的可靠性。

冷却储存环主环注入线四极磁铁测量

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环工程主环注入线四极磁铁谐波测磁系统和谐波磁场测量结果。

内置垫补线圈的C型二极磁铁

对HIRFL CSR的原形磁铁进行了试制和研究.尝试了一种新的改善磁场分布的方法:在不增大极头的条件下使用两根内置导线,实践证明是可行的.用OPERA 2D和TOSCA 3D软件分析了垫补电流对中、低场的影响,同时也介绍了这块C型二极磁铁的制作工艺及磁场测量结果.

超导螺线管的冷铁轭优化

介绍了超导螺线管的冷铁轭优化设计方法,即采用均匀设计结合有限元软件Opera作为试验手段进行研究。对该方法进行了举例说明,并得到物理量与参数之间的关系式,并验证了关系式的精度,以此证明此优化方法的可行性。