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。     

提高高频离子源性能的研究

研制了一台4MV静电加速器用高频离子源;测试并分析了振荡器板压、离子源气压和引出电压对离子束品质的影响;在575V板压、7.7×10-4Pa气压、1.6kV引出电压和21kV聚焦电压的状态下,得到了束流为169μA、质子比为88%的稳定离子束.     

高频离子源物理参数对离子束性能的影响

作者从静电加速器用高频离子源的结构出发,通过实验台上的调试,测试并分析了振荡器板压、气压和引出电压对离子束性能的影响.结果表明,在575 V板压、7.7×10-4Pa气压、1.6 kV引出电压和21 kV聚焦电压的状态下,可得到束流为169μA、质子比为88%的稳定离子束.     

用于AMS的RFQ加速器能散问题研究

将 RFQ 作为加速器质谱系统(AMS)的加速器是AMS小型化的一条可能途径,减小 RFQ 加速器的输出束流能散是实现这一途径的关键.对 RFQ 加速器成形段部分对束流输出能散影响的分析表明,在减小调制系数、极间电压、同步相位,使各参数匹配的同时,适当地增大纵向聚焦力可显著降低 RFQ 输出束流能散.利用变参量 RFQ 动力学模拟程序 RFQDYN 进行模拟优化,得到输出束流能散为0.4%的 RFQ 加速器物理设计.     

质子治疗被动散射系统束流横向扩展的蒙特卡罗模拟

【目的】质子固有的物理特性为治疗肿瘤提供了理想的方法。与主动式相比,被动式质子束流横向扩展有很多优势。为达到最佳治疗目的,对被动式质子束流横向扩展方式的几种方法进行了模拟。【方法】利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法计算质子经过一个或两个散射体后的束流分布特性,并与解析计算的结果进行比较,讨论3种方法在束流利用率和束流扩展半径方面的差别。【结果】双散射体方法较单散射体方法在束流利用率和束流扩展半径方面具有明显优势。【结论】考虑束流利用率,平均能量损失及形成距离,双环双散射体方法是被动散射体方法中比较好的方法。     

低能传输段空间电荷补偿效应（英文）

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.     

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.     

静电加速器用高频离子源的设计与调试

设计和调试了一台4MV静电加速器用高频离子源;研究了诸因素对离子源起弧的影响;测试并分析了束流与振荡器板压、离子源气压和引出电压的关系;在580V板压、8×10-4Pa气压1、.65kV引出电压和21kV聚焦电压的状态下,得到了束流为178μA的稳定离子束.     

磁四极透镜中强流束传输的模拟分析

基于磁四极透镜的强流束传输和超松弛迭代理论,编写了磁四极透镜的束流传输模拟程序,该程序适用于磁四极透镜中强流束传输的模拟计算.用模拟程序对不同束流的流强在磁四极透镜中的传输进行模拟计算,并对模拟结果进行了分析.模拟结果表明:随着束流的流强增大,空间电荷力的横向发散效应增强,束流包络曲线横向发散变显著;束流的流强大于100mA时,束流包络曲线发散比较明显.     

蒙特卡罗模拟质子与核-4型核乳胶作用的能程关系

采用蒙特卡罗SRIM程序模拟具有1ke V~14 Me V能量的质子在核-4乳胶中运动的能量沉积,将质子相对核乳胶面的入射角度分成了斜入射(最大角为30°)和正入射两类进行了讨论,同时采用最小二乘拟合方法导出了正入射时质子的射程-能量解析关系式,其误差小于1%.这些结论对一些实验的准备和数据处理具有一定的指导价值.     

超强光场驱动的高性能高能粒子束的产生及其应用开拓研究

超短超强激光驱动等离子体,可获得电子能量高达1Ge V、质子能量高达60Me V的高性能粒子束,从而在高能加速器、聚变物理、短脉冲高亮度X光源产生、实现小型化自由电子激光等领域都有重大的应用价值。该研究主要研究利用超短超强激光在等离子体中形成稳定的特殊三维尾波结构,即空泡,实现单能电子加速。采用两种控制电子注入的方法,即两束激光对打和纳米细丝扰动,来提高电子加速的稳定性,并控制高能电子的数量和能量。该研究还将通过改变激光传输方向的等离子体密度,来改变空泡中纵向加速静电场的梯度,从而抵消高能电子束本身电荷分离场的梯度,以提高电子束的性能;还将研究高能电子束的细致结构,并考虑其可能的重大应用。该研究将利用靶后鞘层加速实现质子加速,并将利用多层靶来提高加速效率,利用微结构靶获得准单能质子束,同时研究获得高性能高能离子束的其他有效途径。     

美因茨电子回旋加速器MAMI和MESA上的精细强子物理（英文）

美因茨电子回旋加速器MAMI是用于强子和低能粒子物理领域固定靶实验的高流强电子加速器.它提供了能量高达1.6Ge V的极化束流.目前MAMI上两个主要的装置正在安装:高分辨谱仪A1和由晶体球探测器连同TAPS量能器组成的探测器A2.在MAMI上研究规划的亮点是:测量质子的电磁形状因子和极化度,这会涉及质子半径困惑;η介子的跃迁形状因子和斜率参数的测量;以及寻找假想的暗物质规范玻色子即暗光子.目前,美因茨的新电子加速器MESA正在准备之中,它将允许低动量传递下电弱混合角的精确测量及核、强子和粒子物理中各种低能电子-核子/原子核散射的测量.     

2.5MeV质子静电加速器加速电子束的改制

描述了2.5MeV质子静电加速器改出电子束的一种改进方法.其聚焦系统由电子枪、浸没式短磁透镜和加速管组成;加速电子束用稳定加速器高压的装置被安装,高压稳定度为±1％;扫描窗宽度为400或600mm.电子束能量2.0—2.1MeV,电子束流强150μA.运行时间已超过3000小时.     

基于SiC材料的激光加速质子束辐照特性研究

通过辐照核能材料SiC, 表征激光加速质子束连续宽能谱、短脉冲和高瞬态流强的特点。将SiC样品放置在距离靶体4 cm处, 连续进行300发满足指数能谱分布的能量为1~4.5 MeV的激光加速宽能谱连续质子束辐照。表面和截面拉曼光谱显示辐照后的SiC散射峰强度减小, 且拉曼光谱截面测量的整体趋势可以与SRIM模拟的能谱加权后的深度能损分布对应, 从而通过实验对能量连续分布的激光加速质子束进行表征。此外, 实验结果显示, 激光加速质子束的短脉冲特性可在SiC表面产生相当高的瞬时束流密度。这种快速的宽能谱辐照为模拟反应堆中子辐照提供了可能性。     

PENELOPE软件包的移植与应用实例

PENEL OPE是电子 -光子簇射的 Monte- Carlo模拟计算软件包 (F.Salvat,1996 ) ,能量范围为 1ke V至几百 Me V;模拟计算方法为混合模拟 ,即硬事件的详细模拟与软事件的压缩模拟相结合 ;有构造简单的几何软件包 ,能模拟光子 -电子在由二次曲面构成的复杂几何体中的输运过程 .本文作者在 133微机上实现了对 PENEL OPE的移植 ,并给出了两个应用实例     

中性粒子标定源中聚焦系统的研究

设计了用于中性粒子标定源的聚焦系统.利用三维电磁仿真软件CST对束流在中性粒子标定源中的输运情况进行了模拟,研究了单透镜与加速管之间的距离、聚焦电压和加速电压的改变对束流轨迹的影响.在离子源测试装置上利用塑料闪烁体对束流剖面进行了初步测定,测试结果与模拟计算相符合.文中得到的数据对中性粒子分析器的标定具有重要参考价值.     

蒙特卡罗模拟双环双散射体质子束流扩展

束流扩展是研究大体积深度肿瘤的基础,利用Monte Carlo多粒子模拟软件Fluka,计算质子经过双环双散射体后束流分布特性,在束流扩展半径相同的条件下,与解析计算相比较。结果表明:Fluka计算得到的第一散射体的厚度小于解析计算得到的结果,散射膜薄的条件下二者符合好于散射膜厚的条件。束流扩展半径随着两个散射体厚度的增加而增大,束流利用率先增加后减小,最大值是27%。     

4 MV静电加速器的设计与调试

介绍了静电加速器的结构以及在调试中出现的一些问题,分析了这些问题出现的原因以及解决办法.在11.5 MPa由氮气、二氧化碳和六氟化硫组成的绝缘气体(其体积比为75∶20∶5)下,离子源在575 V板压、7.7×10-4Pa气压、1.6 kV引出电压和21 kV聚焦电压的状态下,得到3.1 MV、106μA稳定的质子束.     

在考虑空间电荷和阳极透镜作用下磁聚焦带状电子束的波动性

一、引言 纵向磁场聚焦电子束的基本原理,是以磁场力抵消一切横向发散作用(空间电荷斥力、透镜偏转力等),使束在漫长的漂移空间中维持固定形状而不发散。和圆柱束比较,在同样的加速电压和聚焦磁场下,带状束可有更大的电流密度和功率,且便于调制。故均匀磁场聚焦的带状电子束在行波管和返波管中得到应用;它和交叉指形慢波结构配合相得益彰,成为近代超高频电真空器件中极具发展前途的器件。     

前沿

<正>我国能量最高的质子回旋加速器研制成功由中核集团原子能科学研究院完成的回旋加速器首次调试出速度接近一半光速的质子束。这台回旋加速器取得了一系列"国际首次"的创新性成果:国际上首次在70MeV以上能区采用直边扇磁极、实现强聚焦;首次实现大型回旋加速器真空中的磁场测量与等时性垫补;在紧凑型回旋加速器中高频腔品质因数首次达到9500;首次研究了紧凑型回旋加速器的注入六维匹配和引出色散,提高了强流束的传输效率。回旋加速器可生产治疗癌症同位素药物。