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。

漂移管直线加速器加速电场分布及稳定性调谐研究

漂移管直线加速器(DTL)加工和安装的误差会导致腔内加速电场分布偏离设计值。为了补偿该偏差,通常在腔内安装调谐装置。同时,在腔内引入耦合杆周期结构,通过调节耦合杆与漂移管之间的间隙,可提高DTL腔内加速电场的稳定性。本文基于高频谐振腔理论和小球拉线测量技术,搭建了一套高精度电场测量系统。结合仿真模拟和实验,实现了中国散裂中子源(CSNS)DTL的加速电场和稳定性调谐,使得腔内实际加速电场分布与设计值相对偏差小于2%,谐振频率和电场稳定性均达到设计指标。

漂移管直线加速器高功率波导窗的物理设计

为了研发中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线加速器(DTL)的功率耦合器,在对常规波导窗结构进行改进的基础上,设计了一种新型高功率波导窗。利用微波仿真软件CST优化了波导窗的高频传输特性,并采用ANSYS分析了波导窗在通功率时的温升及热应力以防止陶瓷片破裂,结果表明,波导窗能传输的最大平均功率达到了800 kW。校核了波导窗抽真空时的机械强度,并对陶瓷窗高频打火进行初步讨论,结果表明,漂移管直线加速器入腔功率为2 MW,小于波导窗的临界输入功率2.355 MW,窗内打火的机率很小。

CSNS漂移管直线加速器水冷联锁系统设计

为了保证中国散裂中子源漂移管直线加速器安全、稳定、可靠地运行,利用横河FA-M3 PLC搭建了基于实验物理及工业控制系统软件框架的水冷联锁系统。该系统监测漂移管直线加速器冷却水系统流量开关、流量计和温度传感器的状态,并进行逻辑运算,为磁铁电源和射频系统提供联锁保护信号。目前,该系统已完成现场安装和调试,并已正式投入运行。

IH型永磁漂移管加速腔初步设计

设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔。通过迭代设计,使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致。设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV,长度0.96m,分流阻抗约90 MΩ/m。不考虑束晕和误差因素,50mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级。

散裂中子源漂移管直线加速器功率耦合器的冷测及分析（英文）

功率耦合器是中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线段(DTL)的关键部件之一,其耦合系数通常通过调节耦合孔尺寸得到,为了确保耦合系数达到设计值,制造了一个冷模进行耦合度的调节。在冷模测量过程中,发现了仅通过改变耦合孔尺寸耦合系数达不到目标值的问题,因此提出了一种与测量结果对比有良好仿真精度的新模型用于分析,并使用该仿真模型分析了PEFP使用的理论及影响耦合度的主要参数。最终耦合度被调节至目标值,正式件的冷测结果也表明其与仿真结果基本相同。

等效电路模型在漂移管直线加速器场稳定性调制中的应用

漂移管直线加速器(DTL)通过采用杆耦合器加速结构,实现加速电场的稳定性。为了分析电场稳定性的调制机理,简要说明DTL的腔体结构,并对其进行集总参数的等效模拟,给出等效电路分布。最后着重对耦合杆与漂移管之间相互作用的等效电容进行了仿真研究。针对上述电路分布,采用电路理论分析了高频场扰动及稳定性的实现机理。通过将稳定结构下的等效电容求解结果与该电容的模拟仿真值进行比较,得出稳定状态下的耦合杆与漂移管之间间隙取值的合理区间。最后通过对不同调节条件下的扰动电场进行仿真分析,一定程度上验证了结论的正确性。

国产首台交变相位聚焦漂移管加速器的冷测与试运行

质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑,上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程,掌握质子放疗关键技术,保证产业链安全可控,注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振(ECR)离子源和四翼型射频四极加速器(RFQ)的技术方案,并在漂移管加速器(DTL)段创新性地采用了交变相位聚焦(APF)结构。在这个过程中,通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想,自主开发了APF DTL的底层物理设计软件,相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作,最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析,认定束流中心能量为6.975 MeV,动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。

漂移管直线加速器电磁透镜电源的样机研制

在漂移管直线加速器(DTL)中束流的聚焦问题是通过漂移管中嵌入四极透镜来解决,如果采用常规的直流激励磁铁会引起漂移管的热变形。本文介绍了采用脉冲方波激励源的电路拓扑结构可行性方案,通过计算机的仿真模拟,并进行了电源样机的制作,其测试结果与理论分析一致,验证了该方案的可行性。

垂直无碰撞激波的离子加速机制

利用一维全粒子模拟得到的垂直无碰撞激波的位形,通过试验粒子方法研究了不同初始能量粒子的激波加速机制.将与激波相互作用的离子分成反射和直接穿过两类,发现只有被激波反射的离子可被激波明显加速,其中初始能量较小的反射离子通过激波冲浪机制加速,而初始能量较大的离子通过激波漂移加速机制加速.同时激波厚度还对离子被加速过程有重要影响.

垂直激波条件下能量粒子加速机制的模拟研究

在具有湍动的磁场和垂直激波条件下对大量测试粒子的轨迹进行了数值计算,研究了激波强度和粒子初始能量对于粒子穿越激波的平均能量变化的影响,分析了漂移加速(SDA)在不同条件下对粒子加速的贡献,并给出了一个与数值结果相符合的漂移加速理论公式ΔE=amv_iv_(up)(1-1/s).结果表明,加入磁场湍流后,垂直激波条件下粒子仍主要受到漂移加速作用,而基于粒子引导中心的耗散漂移加速理论在此条件下失效.

基于自适应加速移频的PV孤岛检测与仿真

针对并网光伏(PV)系统的孤岛检测问题,提出一种复合负脉冲电流幅值干扰的自适应加速移频法;基于公共耦合点电压频率朝某个方向的持续变化次数,该方法对频率偏移正反馈系数进行自适应分段调节以加速频率偏移越限,如果变化次数超过12次,且频率仍未越限,则施加持续2个工频周期的负脉冲电流幅值干扰,触发欠压保护,从而检测出孤岛;Matlab仿真表明,与传统的AFD方法相比,该方法不仅对电网谐波影响小,而且孤岛检测盲区小,能有效在高速自动重合闸动作之前使光伏系统与电网解列,具有重要的应用价值。

石英加速度计零偏非线性集成预测

基于小波变换(WT)的多尺度分析能力和径向基函数(RBF)神经网络良好的非线性预测与集成能力,研究了一种非线性集成预测方法。针对贮存期石英挠性加速度计零偏漂移抑制的问题,提出了基于WT和RBF神经网络的一种石英挠性加速度计零偏非线性集成预测方法。为验证所提方法的有效性,设计了一种加速度计参数的重力场标定实验,并针对某型号石英挠性加速度计进行了为期2年的标定实验。分别利用所提WT—RBF集成模型和RBF模型对零偏标定序列进行了预测分析,仿真结果显示:WT—RBF集成模型具有更好的预测性能。

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。

同步卫星E/W轨道控制盒划分策略

对于当代同步轨道通信卫星来说,星载设备寿命一般都高于星载燃料使用寿命,因此卫星设计寿命都是以星载燃料消耗殆尽为依据的。卫星轨道保持不仅是卫星测控任务的重要工作之一,同时也是星载燃料消耗的主要途径。文中从卫星平经度漂移量、测站定轨精度、星载推进器推力误差、卫星南北机动对东西方向耦合等多方面探讨同步轨道通信卫星E/W轨道保持策略,介绍一种细化轨道控制区间、估算偏心率控制圆半径范围的方法。

325 MHz高功率波导窗设计研究

为了使漂移管加速结构运行更加稳定,传输功率可更好地馈入质子直线加速器中,本文对漂移管加速结构的波导窗进行设计与研究。利用微波仿真软件CST对波导窗的结构进行计算,并通过改善匹配结构对射频参数进行分析及优化。通过仿真结果计算频率带宽、电场分布及功率损耗。最终对波导窗进行热分析,通过公式计算所需冷却水的流量。结果表明,该波导窗可应用于325 MHz加速结构中。

MEMS陀螺仪的高精度标定方法

为了提高微机电(MEMS)陀螺仪的测量精度,研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案,分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源,利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差,并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明,该方法能够有效校正MEMS陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差,提高了陀螺仪的测量精度,且易于工程实现。

基于MPU6050滤波算法的新式防盗系统

为了提高行李箱的智能性和安全性,解决行李箱安全防盗的问题,本文提出了一种基于加速度计测距的行李箱防盗系统。系统由MPU6050加速度计,STM32单片机,LM317电源模块,蓝牙模块,蜂鸣器组成。系统通过MPU6050加速度计测量行李箱异常移动的距离判断行李箱的安全状态,采用中位值平均滤波算法削弱MPU6050加速度计测量时存在的加速度漂移误差和加速度突变误差。为了更好的通过加速度拟合物体的实际运动状态,采用牛顿插值法预处理加速度数据已得到更平滑的加速度变化曲线,最后用梯形法对加速度数据作积分运算,得到物体运动的检测值。当设定时间间隔内,物体移动距离超过阈值距离,单片机将通过蓝牙模块向用户APP端发送警报。实验与仿真结果表明该防盗算法能有效提高系统的距离测量精度,降低安全状态误判的概率。

中国散裂中子源DTL工装设计

漂移管直线加速器(DTL)是中国散裂中子源(CSNS)的关键设备之一。设计了一种可以连续调节吊点位置的DTL吊装工装。分析了工装的设计要求,介绍了该工装的结构和工作原理以及与其它同类工装相比较的创新之处。通过基于材料力学的受力计算和采用Autodesk Inventor Simulation分析软件进行有限元仿真两种方法所得结果,互相印证了主吊梁强度和刚度设计的正确性。最终该吊装工装用于CSNS工程实践,充分验证了结构设计的合理可行。该工装使用方便、通用性强,提高了工作效率和安装质量。

CIAE重离子加速器物理研究平台

中国原子能科学研究院正在规划中的重离子加速器物理研究平台的基本方案是在现有的HI-13 串列加速器的后端新建一台能量增益为18MeV／q的重离子超导直线加速器,超导直线加速器包括:36 个铜铌溅射型四分之一波长(QWR)谐振腔;9个恒温柜,及一系列等时性消色散束流传输系统．同时配套建设一条与现有的HI-13串列加速器相并列的重离子四杆型射频四极加速器——RFQ和交叉手指型漂移管直线加速器IH-DTL接受来自ISOL的正离子束,然后直接注入到超导直线加速器．