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。

北京大学RFQ加速器研究进展

北京大学在20世纪90年代末成功研制了1台整体分离环重离子射频四极场(RFQ)加速器ISR-1000,近年来经升级后它可提供1 MeV/2 mA氧离子束流。为提高RFQ加速器在较高能量下的加速效率,北京大学提出并正在研制1种新型分离作用RFQ加速结构(SFRFQ),所建造的加速腔实验样机可与ISR-1000构成组合加速系统,将mA级氧离子加速到1.6 MeV。北京大学参与了"973"项目350 MHz四翼型强流质子RFQ加速器的研究,并研制了1台全尺寸无氧铜工艺腔。北京大学还计划在近年内建造1台中子源用201.5 MHz2、MeV/50 mA微翼四杆型氘离子RFQ加速器。

C-ADS项目RFQ加速腔的射频耦合器研制

C-ADS项目的注入器ⅡRFQ加速腔射频耦合器是为该四翼型常温射频四极场(RFQ)加速器专门设计的一种高功率耦合器件,其主要特点是采用碗状陶瓷窗结构及合理的生产工艺,很好地解决了耦合器传输阻抗匹配问题。该耦合器主要由内外导体、陶瓷窗、耦合环及多路水冷却回路组成,并在陶瓷窗内表面电镀氮化钛涂层以降低由于次级电子倍增效应所带来的发热,在相同频率和功率等级下结构更加紧凑,达到了C-ADS项目的四翼型腔体馈送120kW射频功率的目的。在2014年7月中旬实现了10mA、2.1 MeV束流的加速,为该项目的四翼型直线加速器出束提供了必要的硬件支持。该耦合器可为相近频率、类似功率等级的耦合器提供技术参考,并在国内的加速器领域具有一定的指导意义。

C-ADS注入器Ⅱ项目RFQ射频系统介绍（英文）

C-ADS注入器Ⅱ的RFQ射频系统是该强流加速器的关键一环,它通过两台完全一样的耦合器为一台四边形四翼型RFQ提供和传送功率。该射频系统在设计之初就考虑为10mA连续束流而进行特殊优化,从功率源、耦合器和功率传输系统几个方面对其进行详细介绍,尤其是针对CW模式下的系统稳定运行以及设备可靠性等方面进行的特殊考虑和模拟方法。该系统已经在2015年通过了10mA连续束的测试,证实了该射频系统的设计和调试符合物理的实验需求。特别阐述了该系统中一种新的碗型陶瓷窗耦合器的设计思路和一种无环形器情况下的特殊的耦合系数调谐方法,同时推导了双端口耦合的计算方法的具体设置过程。

应用于离子注入的RFQ加速器

射频四极场(Radio frequency quodrupole,RFQ)加速器是一种非常适于用作MeV级能量离子注入的加速器。它具有束流强、体积小、使用方便、离子源处在地电位,还可同时加速正、负两种离子等优点。本文介绍了RFQ加速器在国际上的发展状况及其基本原理、北京大学研制的1 MeV RFQ加速器的具体结构、性能以及一种新型RFQ-SFRFQ组合加速器的特点。

DPIS-RFQ系统的高频参数测试及功率锻炼(英文)

中国科学院近代物理研究所于2007年开始进行等离子体直接注入项目的预研。详细介绍了RFQ系统的高频参数测试的方法及结果,并针对高脉冲功率的测试提出通过标定定向耦合器来测试脉冲功率的方法。介绍了系统锻炼的情况,包括针对功率源末级和腔内电极的打火问题提出了理论的分析和改善的方法。高频参数的测试和载束实验证实整套系统满足加速器的设计要求。

PIC方法在RFQ加速器z-code和t-code模拟程序中的应用研究

本文介绍了二维PIC(Particle in cell)方法,这种方法常用于粒子动力学模拟中空间电荷作用的计算。并比较了以时间为自变量(t-code)和以纵向位置为自变量(z-code)的两种动力学模拟程序;针对“国家重点基础研究发展规划”洁净核能项目中的射频四极(RFQ)加速器结构参数,给出了单束加速和正、负离子束同时加速两种情况下,t-code和z-code模拟得出的传输效率。结果表明,当束团的相位宽度大或能散大时,z-code 在计算空间电荷作用时会引入相对较大的误差,从而应该使用t-code来进行动力学模拟,以获得更准确的结果。

RFQ低电平控制系统频率跟踪与幅相反馈的设计与实现

射频四极场(Radio Frequency Quadrupole,RFQ)的动态调谐一般是通过控制腔翼和腔壁上冷却水的水温来实现的。为了方便RFQ老练和调试过程中的功率提升,设计了一个使用直接数字合成技术(Direct Digital Synthesis,DDS)和锁相环(Phase-locked Loop,PLL)技术的RFQ低电平控制系统,该系统可以同时实现对RFQ谐振频率的动态跟踪与幅相反馈控制。即使冷却水没有达到热平衡,RFQ也可以加载功率并形成加速场。该控制系统在以FIR(Finite Impulse Response)滤波器为基础的模拟腔实验平台上进行了测试。测试结果表明:该方案能在对虚拟腔谐振频率进行跟踪的同时,实现±0.5%的幅度稳定度和±0.5o的相位稳定度。

Beam Dynamics and Electromagnetic Design Studies of 3 MeV RFQ for SNS Programme

The physics design of a 3 MeV, 30 mA, 352.2 MHz Radio Frequency Quadrupole (RFQ) is done for the future Indian Spallation Neutron Source (ISNS) project at RRCAT, India. The beam dynamics design of RFQ and the error analysis of the input beam parameters are done by using standard beam dynamics code PARMTEQM. The electromagnetic stu-dies for the two-dimensional and three-dimensional cavity design are performed using computer codes SUPERFISH and CST Microwave Studio. The physics design of RFQ consisting of the beam dynamics design near the beam axis and the electromagnetic design for the RFQ resonator is described here.

162.5MHz RFQ加速器的单束团选择

CiADS加速器装置核物理实验终端提出了单束团的需求,为此在CiADS超导直线加速器原型样机II的低能传输段上展开了单束团筛选的计算与模拟。原型样机Ⅱ的射频四极场(Radio-Frequency Quadrupole,RFQ)加速器采用的频率是162.5 MHz,对应单束团脉宽6.15 ns。加载常规常电压的斩波器下降沿接近20 ns,无法做到6.15 ns的稳定无场区域,因此采用在斩波器的偏转板上加载正负交替变化的线性电压设计方法来筛选单束团。计算结果表明:当电压变化斜率为201.8 V·ns^(−1)时,对于20 keV的质子束,可以筛选出6.15 ns的单束团进入RFQ加速器进行下级传输。多粒子模拟结果表明:实现了低能段传输效率为80.7%,RFQ传输效率为54.4%,整体传输效率为43.9%。

Beam dynamics design and electromagnetic analysis of 3 MeV RFQ for TAC Proton Linac

A beam dynamics design of 352.2 MHz radio-frequency quadrupole(RFQ) of Turkish Accelerator Center(TAC) project which accelerates continuous wave(CW) proton beam with 30 m A current from 50 ke V to3 Me V kinetic energy has been performed in this study. Also, it includes error analysis of the RFQ, in which some fluctuations have been introduced to input beam parameters to see how the output beam parameters are affected, two-dimensional(2-D) and three-dimensional(3-D) electromagnetic structural design of the RFQ to obtain optimum cavity paramaters that agree with the ones of the beam dynamics. The beam dynamics and error analysis of the RFQ have been done by using LIDOS.RFQ. Electromagnetic design parameters have been obtained by using SUPERFISH for 2-D cavity geometry and CST Microwave Studio for 3-D cavity geometry.

飞行时间质谱仪传输区射频电源的研制

设计了一种新型射频电源,主要由信号发生及放大模块、幅值调节模块、功率驱动模块构成,其结构紧凑、体积小、性能稳定、成本低。此射频电源分为低频和高频两部分,分别用以驱动自制飞行时间质谱仪传输区的两段四极杆,可调频率范围分别为150～900 kHz及1～2 MHz,峰峰值Vp-p可调范围分别为0～100 V和0～1 400 V。配合自制飞行时间质谱仪对实际样品进行测试,可稳定测得m/z 50～1 200范围内的离子,5.0×10-9～5.0×10-5mol/L浓度的样品离子线性良好。

750keV射频四极注入器水冷设计

750 keV,201.25 MHz的射频四极注入器为四杆型,电极长度124 cm,共16个支撑板。根据加速器射频结构设计的结果进行了水冷管道的结构设计,理论分析了管路的流体力学特性和传热学特性。在忽略结构形变的情况下,利用射频计算软件的稳态热分析功能计算了加速腔的温度分布,降低了模拟计算的难度。计算结果表明:加速腔的最大温升控制在1 K以内,水冷系统能够使加速器在适宜的温度下长时间稳定运行,设计结果很好地满足了物理需求。

750keV射频四极注入器束流动力学设计

描述了一台750 keV,201.25 MHz的射频四极注入器束流动力学设计。在考虑与35 MeV质子直线加速器匹配、功耗小、传输效率高等原则的基础上,提出了加速器的技术要求。给出了两套设计方案的主要参数和设计结果。分析了能散度、发射度、Twiss参数、注入流强和能量等参数在非理想匹配条件下对束流传输效率的影响。比较了两套方案的异同点。模拟计算结果表明,两套设计方案均可以满足物理要求,传输效率都在99.3%以上。

基于核四极矩共振的爆炸物探测技术研究进展

核四极矩共振(NQR)是一种固态射频谱分析技术,可用于检测高危险爆炸物。然而,极低信噪比(SNR)与射频干扰(RFI)制约了NQR技术的实际应用。对微弱NQR信号的参数估计与检测正成为NQR技术中的研究热点。从信号处理的角度,在NQR的概念、信号模型、信号激励方法、干扰抑制及NQR信号检测器等方面做了比较深入的分析,总结了NQR技术在爆炸物探测方面的研究现状,并对NQR技术的发展趋势与技术难点进行了探讨。

射频四极场加速器低能强束流传输注入系统的实验研究

对加速器驱动的次临界系统(ADS)的射频四极场(RFQ)加速器的低能强流束流传输系统进行实验研究,给出了在强流离子束束腰附近测量束流参数的方法,并测量了强流质子注入系统在RFQ入口处的束流参数。目前,该系统已成功地应用于强流射频四极场质子加速器中。

射频放电CO_2激光器放电区物理过程的研究

本文认为射频放电ＣＯ２激光器的高增益区是类法拉第暗区，并利用有质动力计算了阴极区和类法拉第暗区电子的能量及类法拉第暗区的尺寸。

分离作用射频四极场加速器的结构和工艺设计

介绍了北京大学分离作用射频四极场(RFQ)加速器的结构特点,包括膜片式电极、支撑环式电极支撑系统、水冷系统、调谐系统及其工艺实现;介绍了基于该分离作用RFQ加速腔进行的调谐测试、高功率实验和束流实验。结果表明:调谐系统的频率调节范围及品质因数完全满足实验要求;分离作用RFQ加速腔的输入功率可以达到33 kW以上,满足高功率下稳定运行的条件;在束流实验中,把1.03 MeV的O+入射束流加速到1.65 MeV,半高宽能散小于3%。加速器结构满足物理设计要求,加速系统运行稳定。

一种消除核四极矩共振探测系统中射频干扰的方法设想

本文针对核四极矩共振探测系统中面临的NQR信号检测频率附近出现的射频干扰问题．提出了一种消除该射频干扰的自适应对消电路方法,通过原理分析和计算机仿真说明该种方法对消除射频干扰信号是可行的。

飞行时间质谱仪四极杆射频信号放大器的研制

根据自制质谱仪需求研制了一种射频放大装置,由放大电路模块和耦合线圈构成,将其与射频信号发生装置结合用以驱动射频四极杆。该射频放大器可将射频信号放大30倍,为自制射频四极杆提供共振频率1.4 MHz,射频电压峰峰值电压Vp-p可调范围0～600 V的射频信号。自制四极杆用于传输大气压下离子源产生的离子从离子源至工作在高真空中的垂直引入式飞行时间质量分析器,应用该放大器,可传输质荷比为30～600 amu的离子。