15-20mA负氢离子源调试进展

离子源是所有加速器中的最关键部件之一，因离子源能够达到的水平在许多方面限制着整个加速器所能达到的指标。为提高束流流强、改善束流品质，中国原子能科学研究院申请了关于离子源的一个科研项目，该项目在中国原子能科学研究院原有10mA离子源基础上建立负氢离子源，实现束流流强15~20mA。     

负氢离子源控制系统

控制系统对于加速器的整体运行起着至关重要的作用，本文介绍一新离子源实验台架的控制系统，它是在中国原子能科学研究院原有10mA离子源基础上建立起来的负氢离子源，目标是实现束流流强15~20mA。     

强流负氢离子源发射度测量仪研制

在加速器技术研究中，束流发射度是反映束流品质的重要物理参数，也是加速器和束流传输线设计的重要依据。100 MeV回旋加速器采用18 mA强流负氢离子源来产生负氢束，为了准确测量离子源的发射度，研制了一台强流负氢离子源发射度测量仪，介绍了其基本原理、机械设计和实验结果，得到了离子源的发射度信息，为100 MeV回旋加速器的设计提供了发射度参数。     

中国原子能科学研究院紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术研究

中国原子能科学研究院(CIAE)在20世纪90年代建造了一台30 MeV紧凑型强流质子回旋加速器后,经过近30年的发展,先后自主研发成功了基于剥离引出技术的能量为10 MeV、14 MeV、100 MeV、硼中子俘获治疗用14 MeV/1 mA等系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器。建成的100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器(CYCIAE-100),是目前国际上能量较高的一台紧凑型强流质子回旋加速器,最高流强达到520 μA,束流功率达到52 kW。建成的硼中子俘获治疗用的质子回旋加速器,也是我国首次自主研发成功的引出质子束流强达到mA量级的强流质子回旋加速器。在系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器研发过程中,CIAE对剥离引出后的束流色散效应、剥离膜与束流夹角对引出后的束流品质的影响、单圈剥离引出技术等紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术等方面展开了研究,且自主开发出了剥离引出计算程序,为紧凑型强流质子回旋加速器的应用作出了贡献。     

用于硼中子俘获治疗的强流质子回旋加速器中心区结构优化设计

中国原子能科学研究院目前正在研制用于硼中子俘获治疗（BNCT）的强流质子回旋加速器,该加速器设计引出能量14 MeV、质子束流强大于1 mA。相比引出流强为400 μA的PET回旋加速器,BNCT强流质子回旋加速器对中心区相位接收度和轴向聚焦的要求更高。为实现mA量级的束流的加速和引出,BNCT强流质子回旋加速器采取了增加负氢束流注入能量、增大磁铁镶条孔径、使用用于增大Dee盒头部张角的阶梯状结构及调整加速间隙的入口和出口高度等一系列中心区结构优化设计,有效地提高了中心区的相位接收度,改善了轴向电聚焦。在新的离子源注入能量下通过数值计算得到实测场下的轴向电聚焦和间隙高度的关系,选取合适的间隙高度获得最佳的轴向聚焦,从而确定了mA量级束流的注入和加速的中心区结构。同时在设计中考虑空间电荷效应的影响,计算了不同流强下的束流尺寸变化。中心区结构在实测磁场下的优化设计计算结果表明,BNCT强流质子回旋加速器中心区的束流对中好于0.5 mm,相位接收度大于40°,中心区最高可接收流强3 mA。目前,新的中心区结构已进入机械加工阶段。     

医用回旋加速器内部负氢离子源实验

医用回旋加速器使用内部负氢离子源,可简化整机结构,节省造价。回旋加速器工程组基于负PIG离子源的工作原理和现有的实验条件,研制了1台内部负氢离子源,并进行了出束实验,在实验条件受到各种限制的情况下,引出的束流达到了160 μA。     

CSNS强流负氢离子源及其改进

中国散裂中子源（CSNS）的离子源是1台强流负氢离子源，该离子源负氢束流的能量为50 keV，负氢流强可达40 mA，束流占空比最高为1.25%（重复频率为25 Hz，脉宽为500 μs）。目前该负氢离子源已投入到CSNS中使用。由于等离子体放电电极受带电粒子溅射的缘故，在1.5%（25 Hz，600 μs）的占空比、负氢流强30 mA运行下，离子源的寿命约为30 d。为提高离子源使用的稳定性，对离子源进行改进优化，提高了离子源的运行效率和稳定性。     

12 100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统设计

100MeV强流回旋加速器要求引出质子束流强达到200μA，并计划提供脉冲束流。为达到高的平均流强，并具有提供脉冲束的能力，轴向注入系统的设计有两种方案，即对应于1#和2#注入线，如图1所示。     

高流强RFQ质子加速器研制

在国家“973”计划洁净核能项目的支持下，中国科学院高能物理研究所与中国原子能科学研究院合作，建成了我国首台强流质子加速器。它是1台四翼型结构的射频四极（radio-frequencyqaudrupole，RFQ）加速器，这种先进加速结构可为来自离子源的低能强流束提供周期性强聚焦，并同时在纵向对束流进行聚束和加速。我国建成的这台RFQ加速器束流能量为3.5MeV，脉冲流强达46mA，束流工作比大于7%。本文将介绍这台RFQ加速器的物理设计、研制、调试和出束实验的结果。     

100 MeV强流回旋加速器中残留气体引起的束流损失研究

在回旋加速器加速负氢离子的过程中,由于磁场的洛伦兹力剥离以及真空条件引起的束流损失,是制约加速器最终束流强度的关键因素。束流损失除了导致引出流强降低外,在强流情况下更严重的是加速器内部放射性剂量的增加,给机器的运行维修带来困难,同时,损失的束流轰击加速器内部的某些部件,将导致机器的稳定运行问题。对回旋加速器中残留气体引起的束流损失的机理研究,在理论上解决强流负氢回旋加速器中残留气体引起的束流损失问题,从而对回旋加速器的真     

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200 μA。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。     

强流回旋加速器综合实验装置的剥离引出实验

CYCIAE一100中心区试验台架为中国原子能科学研究院串列升级技术部建成的1台10MeV紧凑型强流回旋加速器，加速H-离子，剥离引出质子束。目前，该加速器正在进行束流调试工作。在束流调试阶段，安装了剥离膜，进行了束流的引出调试实验。     

强流ECR离子源研制进展

在国家重点基础研究发展计划（“973”计划）的支持下，开展了嬗变核废料的加速器驱动次临界系统关键技术之一“强流离子源及相关技术”的研究工作，目标是在前期工作的基础上，进一步提高离子源引出流强，改善束流品质，增加系统可靠性。     

750KeV,50mAH—RFQ预注入器调整结果

文章介绍西德DESY研究所750keV负氢离子预注入器的调整结果。通过提高弧流,磁控管型H~-离子源可以引出18keV,60—80mA的H~-脉冲离子流。发现外部磁场可以在螺旋管内部感生一个方向大体相同的磁场。在低能输运段,离子束空间电荷中和所需的时间约100μs。在离子源引出束流约65mA时,经两对螺旋管聚焦和RFQ加速后可以获得能量为750±8.8keV,聚团半宽度约0.8ns,发射度约3mm·mrad,束流为52mA的脉冲H~-流;其中33mA以上的束流处于1mm·mrad以内。     

100 MeV中心区试验台架中5kW法拉第筒的研制

法拉第筒是加速器束流诊断系统中的重要诊断装置，采用拦截法测量束流，可用来精确监测束流流强，是最常用的束流流强诊断装置。100MeV中心区试验台架束流的最高引出能量为10MeV，设计最大引出束流流强为500μA，因此，需功率为5kW的法拉第筒进行束流拦截和监测。     

内离子源小型回旋加速器的调试

2007年底,中国工程物理研究院流体物理研究所开始研制内离子源小型回旋加速器,以服务于PET同位素生产制备。该加速器加速负氢离子,引出质子,设计能量为11MeV、平均流强为50μA。本文介绍该加速器的磁铁、高频腔、离子源的调试和整机的调试。调试结果表明,等时性磁场的积分相移为±9°,高频腔的Q值达到理论Q值的60%,半径60mm处负氢离子流强可达到100~160μA,整机引出的质子束流达到了11 MeV和50μA的设计指标。用调试后的整机进行18 F同位素生产,18 F产量达65.49GBq(1.77Ci)。     

加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究：强流RFQ注入系统（LEBT）实验进展

加速器驱动次临界系统（ADS）项目中，由我院承担研制的强流RFQ注入系统包括ECR强流离子源及束流低能传输线（LEBT），2005年8月移机高能物理研究所后，2006年6月与RFQ对接前将系统完全恢复到了验收时的状态，可以引出能量75keV、超过60mA的离子束，归一化均方根束流发射度为0．13πmm.mrad，引出束流的质子比好于80％。     

负氢离子的产生机制及注入技术的研究

为了推动强流回旋加速器技术的发展,强流负氢离子的产生与高效率的注入是应首先解决的关键问题。此课题从2001年开始,在原有轴向注入试验台架的基础上进行技术改造,包括系统的束流动力学计算、关键结构的重新设计、供电系统更新改造、束流测量设备的完善及加艳条件的出束试验等,计划用两年的时间使负氢离子束流达到10mA以上,并使束流品质有明显改善。 2001年,回旋加速器工程组围绕这一任务,有计划地完成了如下工作。 1）在不同弧状态下,对引出电极的结构、引出束流的特性进行了研究,并进行了优化,基本确定了合理的结构方案;     

微波驱动离子源的恢复

2008年底，在加拿大TRIUMF国家实验室工作期间恢复了1台微波驱动离子源。这台离子源能产生稳定可靠的正离子和负离子，可用于回旋加速器和其他种类的加速器。目前，该离子源在频率2．45GHz、输入功率500W情况下，产生2．1mA的负氢离子，束流归一化发射度0．25nmm·mrad。     

14 100MeV强流回旋加速器质子束流管道的初步设计

作为中国原子能科学研究院四大工程之一的串列加速器升级工程，将成为在我国核科学技术领域开展国防、基础和应用的创新性与先导研究的平台。作为其中的重要组成部分，100MeV强流质子回旋加速器建成后能够提供75～100MeV的质子束流。此回旋加速器建成后，首先利用束流调试管道和束流收集器进行加速器调试，然后根据不同应用的要求，将调试好的束流通过ISOL系统质子管道、同位素研制质子管道、准单能中子源质子管道、白光中子源质子管道、生物医学研究质子管道、单粒子效应质子管道等将质子束传输到各终端用户使用。