CYCIAE-100加速器中子单粒子效应模拟试验装置及其应用

中子诱发单粒子效应会影响航空飞行器和地面辐射敏感设施用电子器件的可靠性。基于质子加速器打靶产生的中子束是研究电子器件中子单粒子效应规律和机理的重要中子源。中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器(CYCIAE-100)通过质子轰击Li靶和W靶分别产生准单能中子源和白光中子源。采用基于双液体闪烁体探测器的中子飞行时间法测量了白光中子能谱,并与理论计算谱进行对比,符合较好。同时,基于核反应理论,采用蒙特卡罗方法模拟了100 MeV质子与Li靶相互作用的次级中子,获得了准单能中子的产额、能谱和角分布。分析表明,CYCIAE-100加速器中子源参数能够满足中子单粒子效应试验的要求。

基于CYCIAE-100中能质子回旋加速器的单粒子效应敏感度评估

针对基于SRAM型FPGA实现的系统的单粒子效应敏感度评估,采用北京放射性核束装置CYCIAE-100回旋加速器提供的中能质子进行辐照试验研究。以典型SRAM型FPGA器件XC4VSX55为试验样品,获得其本征单粒子翻转截面以及特定应用下的翻转位数与功能错误数的比例关系;并将结果与在瑞士PSI质子辐照装置获得的试验结果进行比较。此外,提出针对基于SRAM型FPGA实现的系统的两步骤单粒子翻转敏感度评估方法,可以定量评估器件在轨功能错误数。本工作同时表明CYCIAE-100提供的长射程的质子,对于倒装器件的单粒子翻转敏感度评估具有重要价值。

CYCIAE-100紧凑型回旋加速器低温板排气系统理论和实验研究

根据CYCIAE-100紧凑型回旋加速器的结构特点,设计了一套大抽速低温板排气系统,插入到CYCIAE-100紧凑型回旋加速器主磁铁谷区中,该套排气系统将使CYCIAE-100紧凑型回旋加速器加速腔内真空度好于5×10^(-6) Pa。目前该套低温板排气系统已设计完成,用Monte-Carlo方法对其进行了优化,并进行了加工、安装和初步调试,调试时低温冷板上温度达19K,CYCIAE-100紧凑型回旋加速器加速腔内真空度达到8×10^(-6) Pa。

CYCIAE-100回旋加速器低温冷板参数的蒙特卡罗模拟

基于气体分子运动理论建立了气体分子与低温冷板的碰撞模型,用蒙特卡罗方法模拟了放置在CYCIAE-100回旋加速器主磁铁谷区的低温冷板粘附概率、传输概率等参数,并计算其捕获系数。根据模拟计算结果设计加工了低温冷板及其性能测试罩,对低温冷板的抽速性能进行测试。抽速测试结果表明,用蒙特卡罗方法模拟的低温冷板参数与测试结果符合较好,相对误差为2%。

CYCIAE-100回旋加速器射频低电平系统嵌入式IOC设计

为对CYCIAE-100回旋加速器射频系统进行远程监测与控制,实现与CYCIAE-100回旋加速器主控制系统的联锁,研制了一种基于ARM9系列处理器的嵌入式IOC。该嵌入式IOC运行Linux操作系统,使用EPICS建立了IOC作为控制软件。通过软、硬件协同设计,扩展了ARM9系列处理器的SPI从设备数量,开发了ADC和DAC设备的Linux驱动程序和EPICS设备驱动程序。使用Python语言开发了EPICS串口设备支持程序。经过长期运行考验,该嵌入式IOC稳定可靠,满足远程监测和控制的需求。

100MeV回旋加速器中心区结构设计

中国原子能科学研究院建成了100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器,其引出能量为75~100 MeV,流强为200μA。安装在回旋加速器狭小磁极气隙的中心区与螺旋静电偏转板是关键部件,其结构设计涉及磁场、高频电场、高压静电场、真空、传热等方面。本文介绍了中心区与螺旋静电偏转板的结构设计及使用情况。在设计过程中,采取加大绝缘距离、优化高频连接结构、增加杂散束流阻拦装置等措施,解决了中心区与螺旋静电偏转板在强流注入时可靠工作的问题。本文对螺旋偏转板进行了传热分析,得出了该螺旋偏转板在强流束注入时的温度分布。设计的中心区和螺旋偏转板已安装在加速器上,20μA/100 MeV的引出束流通过了12h稳定性测试,在加速器测试过程中,中心区工作稳定可靠。

100 MeV强流质子回旋加速器超高真空系统研制

中国原子能科学研究院建成了一台强流质子回旋加速器,其引出能量为100 MeV,流强为200μA。为减小粒子加速时束流损失的目的,其粒子加速腔内工作真空度要求为6.7×10^(-6) Pa。由于是紧凑型加速器结构,该加速器能提供给真空系统利用的通路有限,为此主真空系统设计为内置式低温冷板结合商业低温泵的排气方案以增加系统整体的抽气能力。设计、加工完成的真空系统已成功应用于100 MeV强流质子回旋加速器上,为加速器的束流调试和正常供束提供了有利的保障。

插入式低温冷板模拟抽气系统设计和实验

本文根据北京放射性核素装置(BRIF)-100 Me V紧凑型回旋加速器主真空特点,设计了一套插入式低温冷板模拟抽气系统。该插入式低温冷板抽气系统的设计抽速为15 000 l/s,包括两块冷板片,挡板,半开半闭屏蔽罩,及两套制冷机,制冷机一级功率83W@80K,二级功率7.5W@20K。抽速和极限压力测试采用定压法,测试了不带活性炭和带活性炭不同情况下的抽速及对不同气体的抽速。不带活性炭平均抽速14 500 l/s;带有活性炭平均抽速为16 000 l/s,冷板对氮气和氢气的平均抽速分别为16 000 l/s和12 000 l/s。本文还对极限压强、容量、降温时间等低温冷板的性能参数进行了测试,测试结果表明该套模拟抽气系统极限压力可达5.8E-6Pa,抽速16 000 l/s,可在此基础上进行100 Me V回旋加速器主真空低温抽气系统的设计。