多路并联二极管辐射场剂量均匀性研究

多路并联二极管结构是实验室获取低能量、大面积、高剂量率X射线的有效途径之一。本文采用点源数值积分的方法开展了单环和五环并联结构二极管的辐射场剂量均匀性研究。结果表明:距离圆环很近的平面上,辐射场主要集中于圆环在该平面的投影位置,随着距离的增大,辐射逐渐向其他区域分散;对于单环结构二极管,当距离z<15 cm时,随着距离的增大,剂量均匀性>80%的面积先增大后减小,而计算区域内的总剂量逐渐减小;综合考虑剂量均匀性和总剂量,单环结构二极管辐射场最佳实验区域为z=7~9 cm;圆环内径减小只会增强环中心投影点附近的剂量,而平面上剂量均匀性会变差,当圆环外径为10 cm时,最佳内径为8~9.5cm;相比单环,五环并联结构二极管能够大幅增强辐射剂量,明显改善辐射场剂量均匀性和显著增大有效实验区域,z为11~17 cm范围内,五环结构二极管剂量均匀性没有出现大的波动。

不同复合阳极靶轫致辐射场参数的数值模拟

电子束辐照材料后发生轫致辐射可以产生脉冲X射线,轫致辐射产生X射线的能谱、转化效率等参数与电子束能量,靶材料及其结构相关。利用二极管的电压、电流波形计算了电子束参数,建立了复合靶蒙特卡罗粒子输运计算模型,模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,研究了钽和有机玻璃组成的复合阳极靶对X射线辐射场的影响,结果对于产生低能、高注量、高转化效率、低透射电子能量用复合阳极靶的设计具有指导意义。计算结果表明:复合阳极靶中有机玻璃具有软化电子能谱、衰减透射电子的作用;采用慢化电子靶比相同厚度薄靶产生的X射线能谱相对要硬;减小钽的厚度有利于减小平均光子能量,而增加钽的厚度有助于提高能量转化效率;选用有机玻璃2 cm、钽10μm的薄靶时,X射线平均能量为133.22 keV,光子能量转化效率为0.055%。

高重频自由电子激光装置快速逐束团控制系统设计

为优化高重频自由电子激光的性能,在第一级束团压缩器前引入一个常温射频腔,通过施加微小的啁啾到电子束上,实现对束团压缩逐束团控制。利用该常温射频腔,通过调整幅度以及相位的方法,对束团长度和束团到达时间等纵向参数进行快速反馈,从而确保束团品质。实验表明,本设计实现动态束团长度调控,对于未来自由电子激光设施的设计和运行具有借鉴意义。

用于同位素电磁分离系统的强流离子源设计

随着我国核科学与核技术的发展,高丰度同位素的产量无法满足市场需求,极大地限制了相关领域的发展。因此,迫切需要发展高产额、高效率的电磁同位素分离装置。离子源作为电磁同位素分离器中的关键部分,其性能直接影响目标同位素的分离与产额。设计了一台2.45 GHz微波驱动的离子源用于稳定同位素电磁分离器的注入,目标是在引出能量40 keV下产生20 emA Xe^(+)及5 emA Mo^(+)。为了获得高密度等离子体,设计了双线包螺线管产生放电磁场,并通过仿真软件CST微波模块计算优化了高耦合效率的磁场位型和匹配波导。为了产生强流金属离子束,设计了内置放电室坩埚熔化金属氧化物。模拟结果表明:当加热丝电流为70 A时,坩埚温度最高为917℃,可以高效地产生金属钼蒸气,进入放电室进行离化。

S波段径向注同轴槽振荡器

高功率微波器件在雷达、电子对抗等方面具有重要的应用潜力,因此得到广泛的关注。然而,庞大的体积和重量,以及较低的效率和较短的寿命,严重限制了高功率微波的应用范围。提出了一种径向电子注驱动的同轴槽振荡器,该振荡器无需聚焦系统,从而能够大幅度减少体积和耗能。采用由外向内的径向电子注,阴极电流密度低,可以采用热阴极替代爆炸发射阴极,从而提高器件寿命。PIC仿真中,采用460 kV,6 kA径向电子注能够在3.8 GHz产生1.2 GW的输出,对应效率43.5%。

非线性传输线在DSRD脉冲电源中的应用

加速器技术的发展,对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高,底宽达到ns量级,还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管(DSRD)因其速度快、工作电流大等优点,在ns级脉冲电源中应用前景广泛,但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源,使用非线性传输线对脉冲进行整形,同时对脉冲的前后边沿进行锐化,缩短脉冲边沿的时间,大幅减小脉冲前后的残余电压,提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验,实验结果表明,该样机在50Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV,前后边沿时间(10%~90%)约2 ns,底宽(3%~3%)小于8 ns。

衍射极限储存环束流注入物理方案的设计及模拟

衍射极限储存环(DLSR)作为第四代同步辐射光源,正得到世界各国的大力发展和建设。如何在尽量减小对存储束流扰动情况下,高效率地将束流注入到储存环中,是衍射极限储存环设计与运行中的重要课题之一。传统的局部凸轨注入法有着很长的历史,应用广泛且技术成熟,但是传统凸轨注入法会对存储束流造成扰动,且衍射极限储存环的动力学孔径较小,这给传统凸轨注入法的应用带来了困难。为了解决这些问题,改进了一些传统的离轴注入法,提出并发展了一些在轴的注入方法。合肥先进光源(HALF)是规划建设中的衍射极限储存环光源,基于HALF储存环的物理设计方案,设计并应用了几种离轴或在轴的注入方案,通过粒子跟踪和模拟的方法验证了它们的可行性并研究了注入效率等物理问题,并对模拟结果进行了讨论和总结。

激光加速质子束空间电荷力研究

激光加速器可以输出具有独特品质的质子束,例如μm尺寸、ps脉冲长度和高峰值电流。强流粒子束的空间电荷力效应较强,对面向应用的束流传输提出了挑战。通过二维PIC模拟研究了激光加速后与质子速度接近的电子的影响。采用椭球模型估算空间电荷力的影响,比较不同电荷分布的差异。结果表明每束团质子数超过1010后空间电荷力显著影响质子束传输,甚至严重破坏束流品质。空间电荷力的影响在20 ps后显著减弱,离开靶约1.2 mm。

Tesla变压器型电子束加速器初步实验

介绍了一种Tesla变压器型的强流电子束加速器。当变压器初级输入20kV左右的电压时,加速器二极管输出电压500kV,电流9kA,信号脉宽大约50ns,该装置具有结构简单,安装方便,运行可靠等特点。

变间距光栅刻线密度的测试精度分析

介绍了衍射法测量变间距光栅线密度的测量系统。该测量系统由激光器、准直镜、光栅转动台（含角度测量仪）、直线工作台、光栅调节架、探测器和待测光栅组成。分析了系统中各种误差对测量精度的影响，以及变间距光栅参数的变化对光学系统的影响和补偿办法。计算表明，该系统的测试精度满足光束线对光学系统的性能要求。

强脉冲超硬X射线产生技术研究

分析了利用强流脉冲电子束轫致辐射产生强脉冲超硬X射线的几种主要技术途径的特点,以及提高超硬X射线产额的方法;利用MCNP软件计算了电子能量在0.4～1.4 MeV范围内,超硬X射线产生效率与钽辐射转换靶厚度的关系曲线;介绍了在'强光一号'加速器上开展产生强脉冲超硬X射线实验方法与实验结果,获得了3种强脉冲超硬X射线:脉冲宽度约35 ns,输出窗面积约50 cm2,能量密度为5～7 J/cm2;脉冲宽度约35 ns,输出窗面积约50 cm2,能量密度为12 J/cm2;脉冲宽度约35 ns,输出窗面积约500 cm2,能量密度为1 J/cm2.

“神龙一号”加速器聚焦磁场准直

“神龙一号”是一台正在建造中的脉冲强流加速器。这台加速器的主体由 72个直线感应加速腔和 18个用于测试和真空泵接口的多功能腔组成。为获得高品质的电子束流 ,减小发射度的增加 ,抑制corkscrew的增长 ,聚焦磁场的磁轴准直精度要求很高。在使用激光跟踪仪对机械轴进行准直的前提下 ,脉冲悬丝技术被应用于准直加速段聚焦磁场 ,并在磁轴准直测试的同时对磁场固有倾斜偏差 (tilt)进行初步校正。介绍和讨论了测试方法 ,测试精度以及测试结果。

一维晶化束的辐射能损与束流冷却

用Jacobian椭圆函数求解了一维晶化束的非线性动力学方程,并用第一类全椭圆积分表示了粒子振动周期。在经典物理学框架内,讨论了储存环中作相对论运动的带电粒子的辐射能损,以及由于辐射能损导致的束流冷却。结果表明,由于辐射损失束流将进一步冷却。

北京同步辐射软X射线装置与软X射线探测器标定

简单介绍了２套北京同步辐射软Ｘ射线装置，主要用于软Ｘ射线光学元件测量和软Ｘ射线探测元、器件的标定。给出了在软Ｘ射线测量装置上计量标准和探测器标定方面的研究结果。

直线感应加速器机械轴精密对中方法

介绍了大型直线感应加速器机械轴精密对中安装方法和工艺。直线感应加速器由多个组元连接而成,总长几十m。采用激光跟踪仪并配以全站仪、水准仪进行准直测量,再用专门设计的高精度调节机构调节,可使机械轴的准直达到较高的精度。分析了准直安装各步骤能达到的精度,研究了几十m长机械轴准直控制测量网的建立和理论坐标值的修正。

半导体器件单粒子效应的加速器模拟实验

着重描述了应用加速器开展半导体器件的单粒子效应实验研究的方法。采用金箔散射法可以降低加速器束流几个量级 ,从而满足半导体器件单粒子效应实验的要求。研制的弱流质子束流测量系统和建立的质子注量均匀性测量方法解决了质子注量的准确测量问题。实验测得静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面为 1 0 -14 cm2· bit-1量级 ,单粒子翻转重离子 LET阈值为 4～ 8Me V· cm2 /mg,重离子单粒子翻转饱和截面为 1 0 -7cm2·

新概念介质壁加速器

本文介绍了一种新型加速器概念,介质壁加速器(DWA-Dielectric Wall Accelerator),及它的发展状况和关键技术。介质壁加速器是二十世纪九十年代由美国G.Caporaso等人提出来的。它是在新型的开关技术、绝缘技术和传输线技术的基础上,提出的一种新型高效加速器概念。相对于直线感应加速器,它用介质壁代替原有的导电壁,取消了漂移段,由多个连续分布的具有高压电场间隙的介质壁组成一个连续加速腔。高沿面强度绝缘、非对称脉冲形成线和快速低抖动闭合开关是实现DWA的关键技术,文中叙述了相关的技术发展和可能的解决方案。这种新型加速器的实现,将可以推动加速器技术进入一个新水平,具有划时代的意义。

磁绝缘传输线电流损失的计算方法

磁绝缘传输线电流损失的计算方法是丝阵Z箍缩电路模拟的关键问题之一。以传输线模拟方法TLCODE为基础,将磁绝缘传输线分成若干段有损传输线单元,每个单元由一段无损传输线及一个对地损失电阻组成,根据磁绝缘准则判断单元的磁绝缘状况,磁绝缘形成之前损失电流由空间电荷限制流与传导电流的定量关系来计算,磁绝缘形成之后则根据阻抗匹配关系及流动阻抗模型来计算;同时将丝阵负载内爆动力学方程与TLCODE表达式、流动阻抗方程进行耦合,可求解磁绝缘传输线、丝阵负载在电压脉冲作用下全时空域的动态响应特性。

北京同步辐射 3B1 束线软 X 射线光源及探测器灵敏度标定

本文简单介绍了北京同步辐射装置３Ｂ１束线软Ｘ测量装置的结构与概况，从单色器能量分辨、绝对光子通量及出射光强线性三个方面对该装置光源特性进行了系统的研究，初步建立了标定用辐射场，并为用于惯性约束聚变（ＩＣＦ）的软Ｘ射线探测器进行了灵敏度标定，得到比较理想的结果。

电子束与复合靶作用后辐射特性的数值模拟

建立了复合靶的蒙特卡罗粒子输运计算模型,以"闪光二号"加速器为电子束源,模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,研究了钽和聚乙烯组成的复合阳极靶对辐射X射线场的影响。模拟结果表明:随着钽厚度的增加,辐射X射线平均能量增大,能量转换效率先增大后减小;聚乙烯可明显减小辐射场中的电子份额。当钽和聚乙烯的厚度分别取20μm、3mm时,辐射场中平均光子能量为102.68keV;光子总能量为88.62J,远大于电子总能量0.02J;X射线能量转换效率为0.57%。根据数值模拟结果和实验条件设计了复合靶,计算和测得的X射线平均能量分别为108和121keV,二者符合得较好。