Mafia和Hfss对等梯度加速结构耦合器的数值模拟与比较

提出的数值模拟过程是关于直线加速器加速结构耦合器的设计的。Mafia程序和Hfss程序分别被用来模拟一截S—Band的三腔等梯度加速结构,其两端分别为输入耦合器和输出耦合器。通过Mafia程序和Hfss程序模拟了该结构的传输特性,发现两者的模拟结果能很好吻合。

HIRFL新B1聚束器的腔体设计

根据ＨＩＲＦＬ加速器的束流纵向匹配要求及实际情况，给出了新Ｂ１聚束器腔体的具体设计方案。采用短路片和两个移动电容板双调谐方式以满足该聚束器的宽工作频率范围要求。利用ＭＡＦＩＡ程序对腔体的频率范围、品质因素Ｑ值、损耗功率、微调电容及表面电流分布进行了计算，并就计算中可能引起的误差及方案的可行性进行了讨论。

向内发射同轴虚阴极振荡器理论分析与数值模拟

针对向内发射同轴虚阴极振荡器进行了1维理论分析,给出了电流电压关系的数值解,估算了同轴漂移区空间电荷限制流及虚阴极位置;同时使用MAFIA程序进行了全3维PIC数值模拟研究,通过调节阴极电子发射区与阳极反射板之间距离进行了一系列计算,得到了圆波导中各传输模式频谱及功率。结果表明,尽管使用圆周对称的同轴结构,输出模式中TE11和TM01仍占主导地位,两种模式共同存在,相互竞争。在最佳情况下,当二极管电压为250 kV,电流为20 kA时,得到了微波输出总功率最高为740 MW,功率效率超过10%,主频为3.18 GHz,同时含有较强TE11和TM01模式成分的微波输出。

HIRFL新B1聚束器耦合环的设计与计算

通过将聚束器腔体等效为 RLC并联回路 ,求得了功率馈入耦合环与腔体的互感及自感的公式 ,根据对腔体的计算结果求出了在聚束器的工作频段内达到阻抗匹配所要求的互感变化范围 ,并在该互感变化范围内设计了可移动的耦合电感环 ,计算了它的自感及整个腔体的剩余电感。

CSR纵向束团压缩腔研究

针对兰州重离子加速器冷却储存环的发展目标,为了满足高能量密度(涉及重离子驱动惯性约束核聚变新能源)等物理研究的需要,使用三维电磁场计算程序MAFIA研究了一种新型的适用于CSR的纵向束团压缩腔。此纵向束团压缩腔采用高磁导率软磁合金材料进行加载,相比于铁氧体加载的高频腔,可以得到高的电场梯度。以250MeV/u的238U72+离子为例进行了模拟计算,得出了此纵向束团压缩腔的工作频率为1.15MHz,峰值工作电压为80kV,由两个1/4波长同轴谐振腔组成,每个谐振腔峰值工作电压为40kV,能够满足在CSR上进行纵向束团压缩的要求。

SSC新高频腔设计与分析

简要分析了HIRFL SFC与SSC之间的束流匹配关系,给出了新高频腔的频率范围。利用经典三维电磁场数值模拟软件MAFIA对SSC新高频腔体进行了模拟计算,得出了SSC新高频腔体的相关物理参数,并对频率范围、Q值、并联阻抗和电压分布等参数进行了分析。高频腔体的模拟计算结果完全符合SSC回旋加速器改造的物理设计及空间结构要求。

谐振腔加载波导系统的分析计算

提出了一种新的分析计算谐振腔加载波导系统的精确等效电路法，同时还介绍了另一种国际上新近发展的分析该问题的Ｓｌａｔｅｒ相位凋谐曲线模拟法，并通过简单算例说明它们的适用范围和精度。

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 。

SSC高频腔数值模拟及分析

SSC加速电压的提高对于HIRFL整体运行水平的提高具有重要的意义 .利用三维电磁场计算程序MAFIA对SSC高频腔体作了更为细致的分析 ,重新计算了腔体的主要参数 ,结合运行中的实际结果 ,对电压提高的可行性进行了初步分析 ;由于在大功率运行状态下 ,少量的功率损失都可能影响腔 -机系统的稳定性 ,所以同时利用MAFIA计算得到的结果 ,对功率耦合系统重新做了分析 ,得到了功率反射的理论极值及改进方案 .

向内发射同轴虚阴极振荡器波束互作用的数值模拟研究(英文)

对向内发射同轴虚阴极振荡器微波主频进行了解析求解,利用稳态相对论流体Maxwell方程组得到了微波主频所满足的方程;同时使用MAFIA程序的TS3模块对向内发射同轴虚阴极振荡器中波束互作用进行了全三维PIC数值模拟研究,通过对微波输出圆波导中5个传输模式的监测,得到了各模式的频谱分布及输出功率．结果表明,在有阳极反射板存在时,构成的准腔结构能够有效地改善频谱,从而提高能量转换效率．

靶点位置可调的270°偏转磁铁系统的模拟计算

为满足放射性治疗仪粒子束精确打靶的要求,设计了中、高能医用加速器中采用的由三块90°磁铁组成的270°偏转系统。用三维电磁场粒子程序M AF IA计算了该偏转系统的磁场分布,采用R unge-K u tta法求解了电磁场中的电子运动,模拟计算了电子运动轨迹。计算表明,未加屏蔽时,磁极边缘场的影响使得电子在到达靶点位置时,将相对靶中心产生偏移。然后在最佳屏蔽方案下,中间磁铁附加小线圈,通过对磁场进行微调,跟踪电子运动轨迹。结果表明电子打靶位置偏移与微调线圈电流变化之间呈线性关系。因此,该系统实现了靶点位置的自动调节,满足精确打靶的要求。