射频四极场(RFQ)加速器的进展

射频四极场(RFQ)加速器是当今强流离子加速器研究的热点之一.近年来国际上和国内对于散裂中子源、加速器驱动能源和其他高功率离子束应用所呈现的广泛兴趣,以及由此引起的对强流、高功率加速器的迫切要求,更对用作它们前级加速结构的RFQ加速器提出了种种新的要求,特别是对它能在高的负载周期、甚至在连续波(CW)工作状态下加速高流强的离子束,及其运行的稳定性和可靠性提出了空前严格的要求,推动着RFQ加速器不断地完善和发展.文中试图对国际上应用RFQ的强流高功率加速器,以及四翼、四杆、交叉指与超导等主要类型RFQ加速器的最新进展和上述各方面问题的研究予以述评.     

RFQ电极参数计算和加工程序 — RFQPOLE

介绍了RFQ加速器电极参数计算程序FRQPOLE。该程序可以直接调用RFQ束流动力学计算程序PARMTEQ的输出文件,采用准正弦近似求出加速器电极极面参数随纵向位置z的关系。然后以北京大学26MHz 1MeV O⁺的微翼型RFQ电极为例进行了计算,求解出电极极面参数后给出直观的电极图形和铣刀模拟加工过程。     

关于分离作用射频四极场(RFQ)加速结构的设想

RFQ加速器是一种体积小、束流强、性能优良、应用广泛的新型离子直线加速器,但随着加速能量的增高,它的加速效率逐步下降.分析了加速与聚焦作用之间相互制约引起的矛盾,提出了将加速与聚焦作用分离的"分离作用RFQ"(SFRFQ)的设想.对两种分离作用的加速结构进行了讨论,并通过初步的模拟计算与模型实验测量论证其可行性.它们都可提高能量增益,从而有效地提高加速能量的上限.     

2007年2月1—12日国内外科技要闻

●2月1日中国科学院网站报道,中国科学院高能物理研究所研制的国内第一套用于加速器装置的数字化高频低电平控制系统调试成功,并应用于洁净核能RFQ加速器的调束运行中,改善了束流性能。●2月1日新华网报道,法国路易·巴斯德大学瓦莱丽·斯奇尼-科斯博士率领的研究小组研究发现,特定种类的葡萄汁中含有大量多酚,可抑制一种能引起心血管疾病的蛋白质生成,同时激活内皮细胞产生一氧化氮,从而抵御心血管疾病,保持血管活力,维持正常血压。     

低能传输段空间电荷补偿效应

近些年来,随着基础科学和应用科学对强流加速器需求的日益增加,强流加速器得到了很大推广和发展.在强流加速器的低能段,空间电荷效应会导致束流发射度的增长,束流品质的变坏.这样的束流通常需要空间电荷补偿来控制空间电荷效应.空间电荷补偿是指束流可以通过吸收与束流电性相反的粒子从而减少束流空间电荷发散力的一种效应.北京大学自主开放了PIC-MCC空间电荷补偿模型,该模型被应用在H+和H-束流的空间电荷补偿模拟当中,且得到了与实验符合得比较好的结果.     

电子束流切割器

电子直线加速器要求有一个束流品质优良的电子源。在常规的脉冲电子枪,如二极管式的电子枪提供的电子束流时间波形,它的上升时间(简称前沿)和下降时间(简称后沿)都大于1微秒,难于满足物理试验对直线加速器的能散度要求.为了改善其波形,减少能散度,减轻后面环节的束流负载,我们设计了一台结构紧凑的切割器.实验证明,它可对能量     

能量可变的回旋加速器引出束流输运系统设计

设计了100MeV回旋加速器引出质子的输运系统，其能量可变范围为70～100MeV．在该设计中，为了将从负氢回旋加速器引出的质子束传输到实验室和厂房，对输运线元件选用、物理参数匹配计算等问题进行了探讨，其中主要包括引出段、周期场和输出段3个部分的设计．对引出段的设计中，使其适用于不同能量不同初始束流的各种情况；在周期场的设计中，使其在不同能量中均实现腰腰传输；在输出段的设计中，为了满足民用束流的高强度要求和实验用束流的高品质要求，分别采用了消色散和增大色散降低流强的方法．该系统能满足能量在70～100MeV时质子的传输要求．     

空间电荷效应对回旋加速器轴向注入的影响

针对空间电荷效应对束流的影响，对注入系统进行优化设计，减少了传输过程中的粒子损失，建立了一个高效率的强流回旋加速器注入系统．通过模拟束流的传输过程，观察空间电荷效应对束流产生的影响，进一步对注入系统的元件参数进行适当的优化，从而对束流包络进行控制．经修改光路设计后，束流已经明显地趋于平缓，各个关键点的束半径得到了很好的控制，从而减小了空间电荷效应所带来的束流损失，提高了注入系统的注入效率．     

强流质子加速器束流匹配研究

为了使感生放射性降低到可以接受的水平,强流质子加速器必须减少柬流损失。不同加速段间的束流匹配是减少束流损失和发射度增长的关键之一。研究了一台常温加速结构不同段间的束流传输线的匹配设计问题。采用TRACE3-D软件以及其他多粒子模拟软件,研究了在不同匹配状态下的束流特性。结果表明,设计所采用的横向和纵向匹配手段,能够有效地控制束晕产生和束流发射度的增长。     

慢化体材料对加速器BNCT束流装置中子品质影响研究

基于加速器中子源的硼中子俘获治疗(BNCT)是一种较好的肿瘤治疗技术,通过慢化得到的超热中子可用于非浅表肿瘤BNCT治疗.本文以2.3 MeV、10 mA质子流强的7Li(p,n)7Be中子源为对象,建立了加速器BNCT束流装置模型,采用中子输运程序MCNP研究了慢化体材料对超热中子束流品质的影响.结果表明:采用重水作为慢化体材料可有效的提高束流出口处超热中子水平,对于2.3 MeV、10 mA质子流强的7Li(p,n)7Be中子源,超热中子束流水平为0.669×109n/(cm2.s),超热中子与快中子产额比达62.3,基本达到临床治疗所需109n/(cm2.s)的超热中子水平.     

RFQ加速器末端场及其对粒子运动的影响

用RELAX3D程序求解了RFQ加速器的末端静电场,同时编写了计算末端场对粒子运动影响的模拟程序MOTION,并计算了这种影响。     

求解RFQ加速器末端静电场

使用RELAX3D程序第一次求解了RFQ加速器电极末端空间的电位分布形式,并探讨了运用插值法求解任意一点电位的方法。     

Neutron imaging at Peking University

： Neutron imaging techniques were investigated at Peking University based on a 4.5 MV Van de Graaff accelerator. The thermal neutron radiography, fast neutron radiography and fast neutron resonance radiography were tested. The low neutron flux limits the image quality. A new radio frequency quadrupole （RFQ） accelerator based on neutron source with a yield of 1 012 n/s is being set up.     

不对称膜片对SFRFQ结构的研究

对光阑型SFRFQ加速结构进行了优化。经过计算作者提出了βλ/4弱膜片加薄膜片的不对称膜片对的SFRFQ优化结构,并在模拟计算中获得了较好的加速和聚焦效果。     

RFQ加速器电极参数的计算

介绍了北京大学26 MHz 1 MeV O⁺离子RFQ加速器电极参数的计算过程,该过程包括电极主要部分的参数、径向匹配段的参数和Crandall单元的参数计算3部分,并给出了计算结果。     

201.5 MHz氘离子RFQ加速器射频结构设计

一台201.5MHz、2MeV、50mA的氘离子射频四极场（RFQ）加速器将用于北京大学中子实验平台。该加速器用4杆型谐振结构,同时为方便水冷采用了微翼型电极。射频结构设计使用了三维电磁场模拟软件Microwave Studio^®,并力求满足降低二极场效应和射频功率损耗的要求。文章讨论了优化设计方法并给出一个设计结果。     

High-quality electron beams from a laser wakefield accelerator using plasma-channel guiding

Laser-driven accelerators, in which particles are accelerated by the electric field of a plasma wave (the wakefield) driven by an intense laser, have demonstrated accelerating electric fields of hundreds of GV m(-1) (refs 1-3). These fields are thousands of times greater than those achievable in conventional radio-frequency accelerators, spurring interest in laser accelerators as compact next-generation sources of energetic electrons and radiation. To date, however, acceleration distances have been severely limited by the lack of a controllable method for extending the propagation distance of the focused laser pulse. The ensuing short acceleration distance results in low-energy beams with 100 per cent electron energy spread, which limits potential applications. Here we demonstrate a laser accelerator that produces electron beams with an energy spread of a few per cent, low emittance and increased energy (more than 10(9) electrons above 80 MeV). Our technique involves the use of a preformed plasma density channel to guide a relativistically intense laser, resulting in a longer propagation distance. The results open the way for compact and tunable high-brightness sources of electrons and radiation.     

RFQ冷却聚束器中Mathieu参数q值的选取

介绍了RFQ冷却聚束器约束和冷却离子的理论,采用国际上比较先进的真实相互作用势力模型进行蒙特卡洛模拟,得出RFQ冷却聚柬器的Mathieu参数q值的选取范围．结论是：无论在真空或者充气情况下,当Mathieu参数q大于0．908时,离子的运动都是不稳定的;在充气情况下,Mathieu参数q略小于0．908,离子运动已经不稳定．适合约束离子的最佳Mathieu参数q值的选取范围在0．3～0．5之间．     

RFQ加速器腔体电场分布的冷模测量

根据谐振腔的微扰理论,采用小球微扰法,为射频加速器建造中的冷模测量建立了一套自动测量系统,实现了高精度、批量自动化测量的要求。并用该系统对一台设计中的射频四极场（RFQ）加速器冷模进行了测量,验证对RFQ的设计要求。