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。

电子感应加速器励磁线圈的有限元分析

励磁线圈作为电子感应加速器的关键组成部分,从电子束注入加速管开始,至电子束打靶产生X射线,其产生的时变磁场贯穿电子束的整个加速过程。励磁线圈控制电子加速过程中磁通量的变化,直接决定了电子感应加速器最终产生X射线的能量与剂量率。为了研究励磁线圈的结构参数对电子感应加速器中电子加速轨道上磁感应强度的影响,采用有限元方法来模拟磁场分布。通过有限元仿真软件研究励磁线圈匝数、半径、层间距、排列结构这四种参数对电子加速轨道上磁感应强度的影响。结果表明:提升线圈匝数、半径均可以增强电子加速轨道磁感应强度。其中线圈匝数每增加2匝,电子加速轨道上磁感应强度提高约3%。线圈半径由3 mm增加到4 mm时,电子加速轨道上磁感应强度增幅最大(0.2%)。线圈层间距为8 mm时,磁感应强度取得最大值0.34106 T。线圈由磁极向外递减排列时,排列结构为10-9-9-7的磁感应强度最大,为0.34097 T。线圈由磁极向外递增排列时,线圈排列结构为7-9-9-10的磁感应强度最大,为0.3412 T。上述分析结果对电子感应加速器励磁线圈的结构优化设计有重要的指导作用与意义。

神龙一号"直线感应加速器物理设计

介绍了"神龙一号"直线感应加速器物理设计的主要考虑。"神龙一号"加速器是一台电子直线感应加速器,由3.6MeV感应迭加型注入器、72个感应加速腔、脉冲功率系统、束流输运和聚焦系统、控制系统和真空、绝缘油、绝缘气体以及去离子水系统组成。能产生20MeV、束流大于2.5kA,脉冲宽度为60ns的强流脉冲电子束,X光焦斑均方根直径为1.5mm。

直线感应加速器加速腔物理设计与研究

简要介绍直线感应加速器（ＬＩＡ）加速腔物理设计的几个关键问题．讨论了加速电压及其平顶和腔参数的关系．对腔的耦合阻抗与束流不稳定性的关系作了概念性介绍，分析了降低耦合阻抗的途径．并给出两个加速腔设计原型．

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。

“神龙-I”直线感应加速器束流输运系统设计

系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素 ,针对束流不同能区凸现的主要矛盾 ,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取 ,提出了束流输运磁场配置的一般策略 ,初步设计了“神龙 -I”

直线感应加速器输运磁场遗传算法优化

以直线感应加速器(LIA)匹配磁场设计和束线调谐为背景,提出解决强流相对论电子束长距离、小波动、多元件磁约束的输运优化问题的数值优化办法,建立基于遗传算法的优化程序。结合束质心轨迹及束包络耦合模型,设计描述束传输半径波动大小的评价函数,采用励磁元件馈入电流为优化对象,解决LIA磁场配置"组合爆炸"优化问题。计算结果表明:优化程序可依据不同的初始束流,有针对性地快速给出一组符合束输运要求的励磁电流配置。研究成果为在建的LIA装置束线调谐提供一种重要的数值分析工具。

多脉冲强流直线感应加速器测控系统中仪器通信与控制

多脉冲强流直线感应加速器(LIA)测控系统中仪器设备数量大、种类多、总线类型复杂,其通信和控制直接影响装置运行的可靠性。在硬件上将众多仪器根据功能划分成不同的子系统,每个子系统仪器设备通过必要协议转换后和相应的前端设备服务器连接,然后接入测控系统网络;仪器设备的通信控制软件采用LabVIEW平台进行开发,前端设备服务器中的本地控制程序通过VISA或UDP协议与仪器通信,远程通信采用DataSocket技术;为了应对强烈的电磁干扰和高压冲击,对仪器供电系统以及Marx充电线路进行了多处隔离,同时采取优化网络结构和数据流向、采用UDP协议以及主从模式总线仲裁等措施提高软件的可靠性。这套系统目前应用于多脉冲强流LIA装置的调试试验中,运行稳定可靠,完全满足实验要求。

直线感应加速器组元的双脉冲改造

对用于单脉冲直线感应加速器的加速组元进行了双脉冲改造的初步尝试:利用传输线延时获得了双脉冲馈入;用铁氧体作为磁芯材料,在感应腔上得到了双脉冲腔压波形。结果表明,现有组元功率系统经过简单的改造,可以获得两个甚至多个脉冲输出;在伏秒值允许的范围内,铁氧体磁芯的感应腔可以感应出双脉冲波形。为以后多脉冲直线感应加速器的改造和设计提供了一个方向,也提出了一些有待解决的问题。

直线感应加速器用光阴极实验研究

通过适当地改造2 MeV注入器实验平台,使系统具备了开展光阴极研究的能力,主要的改动有:将观察窗材料改为石英,增加266 nm固体激光器,对原有的时序控制方式进行修改以满足同步触发方面的要求。研究的阴极材料为含钪储备式热阴极,实验中最高加热到了740℃,观测到了光电发射和光致等离子体发射现象,最大的激光功率密度为1.3 MW/cm2,最大发射电流密度约为16 A/cm2,光电发射的量子效率约为0.05‰。

12MeV直线感应加速器主开关的优化设计

介绍了12MeV直线感应加速器主开关的一种优化设计。在保持原有主开关的设计风格和接口结构的条件下,通过优化设计局部结构和调整开关电极尺寸,把主开关的结构电感从63.7nH减小到35nH,使得加速腔的高压脉冲前沿从39.6ns减小到27ns,从而有利于提高12MeV直线感应加速器的性能,验证了优化设计的可行性。

直线感应加速器束包络数值计算模型

给出的直线感应加速器束输运的计算模型,能够计算束流从注入器经加速器直到最后聚焦的束包络.利用该编码可以方便地研究各种磁场位形及隙压参数对束流输运的影响.作为算例,给出了束流为3kA在长达40余米直线感应加速器的多种磁场位形下的束包络.

直线感应加速器中聚束磁场的数值计算方法

为了准确模拟出直线感应加速器中聚束磁场的值,首先利用单积分法计算出理想情况下的聚束磁场的值,再进一步用磁路分析的方法考虑直线感应加速器的加速腔中匀场环对聚束磁场的影响,然后推导出一组偏离角度与磁场分量相关的公式。将最终得到的聚束磁场分量与直线感应加速器模型结合起来,采用粒子模拟的方法来模拟电子束在加速段中的输运过程,并对结果加以分析。

多脉冲直线感应加速器外接复位系统

基于硅堆隔离网络的多脉冲直线感应加速器（LIA）需要外接独立的复位系统,以满足其加速腔磁芯在主脉冲励磁前的复位需求.介绍了猝发三脉冲LIA外接复位系统的工作原理、电路参数以及具体的电路设计,并针对大型LIA感应腔数量众多、运行时电磁环境复杂的特点,介绍了复位系统在工程实施中的主要技术难点和最终布局.该复位系统解决了磁芯在励磁和复位这两种高压模式间的切换问题,实现了10～20kV可调复位电压的稳定输出,建立了在复杂电磁环境下可稳定运行的远程监控系统,确保了三脉冲LIA的92个加速腔能够在主脉冲励磁前稳定、快速、充分的复位.

猝发双脉冲直线感应加速器组元研究

在原单脉冲直线感应加速器（LIA）组元的基础上,利用电缆延时和电缆反射两种方式获得了间隔500-1000ns的猝发双脉冲输出。在感应加速腔上进行了双脉冲实验,获得了幅度大于200kV、前沿小于35ns、平顶大于60ns的双脉冲加速电压波形。两种方式中第一个脉冲的前沿和幅度都达到了原单脉冲组元的水平,表明加速腔负载的变化对波形没有明显影响,但由于电缆对波形的损耗,第二个脉冲的幅度和前沿比第一个脉冲略差。可以利用水介质传输线来代替长电缆,减小传输线的长度及其对波形的损耗。两个脉冲间的幅度差异可以通过改变长电缆的阻抗来调节。实验表明,通过这两种猝发双脉冲的产生方式并结合加速腔磁芯的改进,可简单高效地完成原单脉冲LIA的双脉冲改造。

直线感应加速器输运过程模拟

对直线感应加速器中电子束的输运过程进行数值模拟研究,采用了时域有限差分与粒子模拟相结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中,成功地使用了非均匀网格模型,实现了对加速腔精细结构的建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟,最后将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程,并对结果加以分析,验证了方法的正确性。

用钮扣电极测量强流直线感应加速器束流位置

介绍了钮扣电极测量强脉冲束流位置的基本原理,以及针对钮扣电极所设计的一套模拟实验标定装置;着重介绍了钮扣电极测量束流位置的实验过程,以及在实验中所遇到的问题和对实验平台所做的改进。实验表明钮扣电极对束流位置的测量精度达到亚mm量级,对于束位置偏心测量的相对误差范围在10%以内。

用于强流直线感应加速器的大面积储备式阴极

介绍一种直径为55mm的锇膜(411M)储备式热阴极,并以此为基础,建立了一套脉冲电压幅度为200kV、脉冲平顶宽度大于等于2μs的长脉冲功率源以及配套的加热系统与高压隔离网络电路。在阴极灯丝工作电流18A,阴极温度1165℃,二极管电压75kV条件下,在该阴极试验平台上获得52A的空间电荷限制流,实验结果与理论计算基本吻合。实验中还发现,阴极的放气源将严重影响阴极发射能力。

用于直线感应加速器光源焦斑测量的双锥厚针孔结构设计

研究设计双锥厚针孔结构体,利用小孔成像测量高能强流直线感应加速器光源的焦斑。建立数值计算模型,根据实际光源特性和实验布局条件,模拟光子穿过厚针孔结构的辐射成像过程,分析光源尺寸、分布和偏轴等对焦斑测量的影响。理论计算结果显示对光源物面的空间分辨率可达5lp/mm。

直线感应加速器的优化设计与仿真

为了提升直线感应加速器的发射性能,引入补偿器件以改善磁场分布。基于电磁场理论,建立直线感应加速器的数学模型,通过场路耦合模型进行有限元仿真,得到速度、位移及作用力的参考值,进一步地通过设置一种补偿器件用于提升发射效率,对比分析补偿器件在不同厚度、材料以及电枢不同装填位置时对炮口电枢速度的影响,从而得出一般设计策略。研究表明通过引入高磁导率低电导率的补偿器件可以显著提高发射效率,对直线感应加速器的参数选择和方案设计具有指导意义。