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。

直线感应加速器中四极磁铁聚焦强流电子束研究

为获取小尺寸束斑,研究了直线感应加速器(LIA)产生的强流电子束在四极磁铁作用下的聚焦特性,并对限制最小束斑尺寸的因素进行了分析。结果表明,使用聚焦能力强、像差小的四极磁铁作为聚焦元件具有获取小尺寸束斑的潜力。使用数值模拟程序完成了四极磁铁聚焦束线的初步设计,并在直线感应加速器平台上开展了实验研究,获得了对称性较好、横向尺寸小于2 mm的X射线焦斑,验证了四极磁铁聚焦强流电子束获取小尺寸束斑的可行性。同时,提出了优化的四极磁铁聚焦束线设计方案,预期可在同样入射电子束条件下获得横向尺寸约1 mm的束斑。

中国散裂中子源漂移管四极磁铁线圈冷却分析

中国散裂中子源漂移管直线加速器采用Alvarez结构,包含161台漂移管,每台漂移管内装有一台电四极磁铁以达到磁场梯度高且可调的要求,实现强聚焦。四极磁铁采用日本质子加速器研究中心研发的SAKAE结构,实现小体积、小孔径、高励磁电流、水冷线圈的要求。相比较于日本J-PARC的在35%占空比脉冲模式下工作的四极磁铁,CSNS漂移管四极磁铁工作在直流模式下,设计最高励磁电流570A,而且CSNS四极磁铁线圈的水冷管道横截面减小了35%,欧姆发热大,磁铁线圈的冷却及能否稳定运行分析十分重要。本文利用经验公式和软件Workbench分别计算了在最大励磁电流570 A,冷却水流量为1 L/min情况下,线圈的温升情况,并且对磁铁样机做了9小时的烤机实验,线圈温升与仿真结果基本一致,磁铁运行稳定。

四极磁铁比较测量

为了提供35块四极磁铁在800 MeV电子储存环上的编组排列的数据,研制了一台称为“四极铁比较测量”的测量系统。文章描写了该系统的测量原理和方法,并且给出了测量结果,最后对测量结果的误差进行了讨论。

CSNS/RCS四极磁铁样机磁场仿真计算和谐波分析

中国散裂中子源快循环同步加速器(CSNS/RCS)的四极磁铁共48台,分为4种孔径,每种孔径磁铁制作1台样机。目前4台样机磁铁已完成加工制造并进行了直流旋转线圈磁场测量。初步直流磁场测量结果显示,3台样机的部分磁场谐波分量超过了设计要求,需进行补偿。采用三维仿真软件OPERA进行建模,并进行磁场计算,分析了谐波超差的原因,确定了磁场补偿方案,最终样机磁铁的磁场质量满足设计要求。

HLS脉冲四极磁铁注入方法设计与研究

介绍了一种采用脉冲四极磁铁实现储存环束流注入的新方法。通过物理计算和注入过程数值模拟研究,确定了储存环上安装脉冲四极磁铁的位置和强度,并通过模拟计算评估了注入过程中注入束流存活效率和对储存束流的影响,证明了在合肥光源采用脉冲四极磁铁完成束流注入过程的可行性。

紧凑型自由电子激光THz源上四极磁铁的设计及测量

基于自由电子激光（FEL）的太赫兹源具有高功率、高效率、波谱范围宽且连续可调、波束质量好等显著优点,目前是获得最高输出功率的方法。紧凑型太赫兹源使整体装置小型化,减少了装置成本和占用空间,但依然可以提供高功率、高品质的太赫兹波束,是一种便利可靠的用户装置。由于空间限制,FEL上的磁铁要尽可能地减小其尺寸,并仍能满足束流参数设计要求。本文设计的四极磁铁磁轭孔径与有效长度,其中2块是64mm×100mm,另外3块是45mm×100mm。这些四极磁铁的磁场梯度可以达到0.6-1.9T·m^-1。采用Poisson和Oprra-3D软件进行四极磁铁的二维和三维仿真计算,设计优化四极磁铁的结构,并测量了加工完成后的四极磁铁的磁场。

一种新型高梯度四极磁铁的设计及验证

随着第四代光源衍射极限环的发展,束流发射度越来越小,四极磁铁的磁场梯度要求越来越高。高梯度四极磁铁的研制已成为衍射极限环发展的关键元件之一。四极磁铁的磁场梯度取决于磁铁孔径、安匝数和磁效率。对于高饱和的高梯度四极磁铁,提高磁效率成为一种提高磁场梯度的可靠方案。本文设计了一种新型磁路来提高磁效率,从而提升四极磁铁的磁场梯度。应用该新型磁路设计了一台梯度大于100 T·m^(−1)的高梯度四极磁铁,并通过Poisson程序和Opera软件进行二维和三维模拟计算,验证其可行性和有效性。

一种基于伸展线法的小孔径四极磁铁测量方法

针对目前多极磁铁孔径越来越小的发展趋势,搭建了一种基于单根伸展线法(Single Stretched Wire Method,SSWM)的磁测系统,该系统的主要优势是测量域所需空间小且运动模式灵活。基于该系统的优势及四极磁铁磁场分布的特点,尝试使用双曲线轨迹对四极磁铁靠近其四个极头的区域进行了扫描测量,并根据矢势在测量点分布的特性,提出了一种全新的数据分析方法,用以分析四极磁铁的梯度积分和高阶场误差。用该系统对一孔半径为11 mm、梯度大于100 T·m^(-1)的四极磁铁进行测量,测量结果表明高阶场误差测量重复性好于±1.5×10^(-4),能满足小孔径高梯度四极磁铁的磁场测量要求。

使用霍尔探头来测定四极磁铁的磁轴和机械轴之间的距离

本文的作者用数学、物理的方法推导并用二个实例阐述了使用霍尔片在四极磁铁孔穴内旋转来测得在四个极头方向上场强的极值,从而来计算该磁铁的磁轴和机械轴之间的距离和相对方位。GSI自1971年直到目前都是用这种办法来检验该所的加速器系统中的每一个四极磁铁的制造质量。使用与计算机速接的霍尔片的测磁系统,对各种规格的四极磁铁,一般在20分钟内可以得到测量结果。

高精度四极磁铁冲模的验证

用三坐标测量机对四极磁铁模具所冲制的冲片进行了测量。在初次测量中,数据明显超差。经分析,改进了装夹、测量基准及接触方向等一系列问题。再次测量时得到了正确的数据,证明模具是完全合格的。

强流束在四极磁铁中传输的矩阵法与程序设计

强流脉冲束传输的计算是一个相当复杂的问题,因为不同类型的粒子束分布产生不同的空间电荷场,而在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽解。采用矩阵法分析了非强流脉冲束流与强流脉冲束流在四极磁铁中传输的矩阵,并编写了束流在四极磁铁等元件中的传输计算程序,程序采用迭代计算方法获得自洽解。程序运行时,可以进行直观的图形显示。

MAFIA程序在小型短四极磁铁设计中的应用

为设计用于加速器的小型短四极磁铁结构 ,运用MAFIA程序对小型短四极磁铁进行三维模拟计算 ,研究了当磁铁机械长度和内接圆半径可比拟时 ,端部漏磁对磁铁有效长度的影响 ,根据场计算修正了原设计的机械长度 ,满足了磁铁有效长度的要求。模拟还发现 :短极颈四极磁铁励磁线圈本身的磁场直接影响四极磁铁极端面附近的磁场分布。实际测量了四极磁铁沿长度方向的磁场分布 ,模拟和实测结果相当吻合。计算表明 :有效长度大于内接圆直径约 5倍时 。

四极电磁铁冲片复合模

介绍了高精度要求的四极电磁铁冲片复合模的设计与制造过程。精冲技术的应用达到了预期的目的;对类似高精度要求的冲片模设计有一定参考价值。

中国加速器驱动次临界系统常规磁铁的磁场测量

为了延长靶的使用寿命以及提高质子束流的利用效率,中国拟建造加速器驱动次临界系统(ADS)。质子直线加速器的中能束流输运线共分为MEBT1和MEBT2两部分。这两部分共计20块常规磁铁,其中,MEBT1含6块四极磁铁,MEBT2含6块四极磁铁、4块阶梯场磁铁、3块校正磁铁和1块二极磁铁。霍尔测量平台目前已完成MEBT1四极磁铁和MEBT2四极磁铁和校正磁铁的测量。本文通过对这些磁铁的积分场分布、积分励磁分布、横向场分布、励磁效率等测量结果的分析,验证了常规磁铁的各项指标,所有常规磁铁的测量结果均达到了设计要求。

中国散裂中子源漂移管磁铁线圈研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)漂移管直线加速器(Drift Tube Linac,DTL)负责把H-离子束从3 MeV加速到80 MeV,其工作频率为324 MHz,包含161台电四极磁铁漂移管,漂移管外径140 mm,体积小、结构复杂紧凑。受空间限制,漂移管内电四极磁铁线圈采用先进的SAKAE结构,在一整块无氧铜上初步加工并通过电铸、线切割等工艺完成研制,线圈外径82 mm,内径37 mm,每极3.5匝,该线圈具有体积小、易冷却、励磁电流大等优点,在国内首次研制使用。本文对SAKAE线圈的研制方法进行了研究,并给出了磁铁的测试结果及线圈在高电流下的发热测试与分析。

散裂中子源Quadrupole-D漂移管磁铁的研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)漂移管直线加速器(Drift Tube Linac,DTL)高能段由9 m长的腔和27台Quadrupole-D型漂移管构成,负责把H^-由60 MeV加速到80 MeV。漂移管Quadrupole-D磁铁采用国际先进的SAKAE结构,结构紧凑,孔径小,最大励磁电流396 A,漂移管外壳采用全无氧铜电子束焊接,加工和磁测精度要求高。按物理要求仿真设计了Quadrupole-D四极磁铁,给出了磁铁基本参数模拟数值。对磁铁进行霍尔测量,计算了Quadrupole-D磁铁的有效长度为71.8 mm,测量值偏差2.6%,积分场0.966 T,测量值偏差2.2%,中心位置横向磁场梯度测量值偏差0.4%,平整度优于0.003,满足物理要求。在漂移管机械加工过程中,利用自主研制的高精度旋转测量系统测量,27台Quadrupole-D磁铁的高次谐波均小于3.5×10^(-3),24台漂移管磁中心加工偏差达到小于0.03 mm,三台磁中心加工偏差在0.03～0.05 mm,满足要求。对一台磁铁进行额定电流运行测试,线圈表面温升约12℃,9 h运行稳定。

交叉指型磁模漂移管重离子直线加速器设计

西安200 MeV质子应用装置(XiPAF)的质子同步环改造为质子重离子同步环的需求,采用将电磁四极磁铁安装在漂移管内部的设计方案,完成了1台2 MeV/u的交叉指型磁模漂移管直线加速器(interdigital H-mode drift tube linear accelerator,IH-DTL)的物理设计和机械设计。建立了使用腔内聚焦散焦周期结构进行横向强聚焦,常规负相位用于纵向聚束的1套动力学设计方法,实现对多种离子的加速,并能在获得较高束流传输效率的同时保持较低的束流发射度增长。DTL动力学计算结果表明:该IH-DTL可将峰值电流强度为50 eμA的Bi^(32+)离子从0.4 MeV/u加速到2 MeV/u,传输效率为99%,横向归一化均方根发射度增长小于10%,可用于加速荷质比在1/2~1/6.5范围内的重离子。

中国散裂中子源旋转线圈测量系统研制

中国散裂中子源(CSNS)加速器主要由一台直线加速器、一台快循环加速器以及低能、高能输运线组成。针对CSNS加速器部分直流磁铁研制了一套旋转线圈测量系统。对系统的研制方案、功能、精度、完成的磁铁类型以及部分测量结果进行介绍。该系统解决了CSNS批量磁铁之间的不同中心高度、质量、有效长度、磁场强度的兼容性难题。经过测试运行,积分场测量重复性误差好于±0. 02%,空间谐波重复性误差好于0. 005%,磁中心测量重复性误差好于±0. 03 mm,顺利完成了中国散裂中子源工程150台多种类型磁铁的检测任务。

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。