硼中子俘获治疗加速器ECR质子源电磁场仿真设计

电子回旋共振(ECR)质子源具有可给流强高、亮度高、可靠性高、使用频率高、易维护、小型化等优点,因而被硼中子俘获治疗(BNCT)装置的直线加速器所采用。本文利用CST软件对2.45 GHz ECR质子源进行优化设计。优化后ECR质子源的等离子体发生器腔体的尺寸为101.12 mm×45.00 mm,给出了脊波导耦合器的最优尺寸参数,使等离子体发生器腔体内电场强度提高为普通波导的4.5倍。通过Opera-3D对ECR质子源的引出电极结构进行了仿真计算,并给出了优化参数。另外,初步设计了质子源的线圈磁铁系统,优化了磁场分布。本文结果为质子源的研制提供了数据。     

高性能全永磁ECR离子源LAPECR2的研制

研制了一台体积和重量都较大、设计性能较高的全永磁电子回旋共振(Electron cyclotron resonance,ECR)离子源LAPECR2(Lanzhou all permanent magnetic ECRion source No.2 ).该离子源将用于中国科学院近代物理研究所320 kV高压平台,为其提供强流高电荷态离子束流.LAPECR2的研制采用全新的全永磁磁体结构设计,通过采用高性能的NdFeB永磁材料、优化的磁结构设计以及精确的计算,实测源体的磁场参数能达到高性能ECR离子源的设计要求.离子源采用较高频率的14.5 GHz微波馈入加热等离子体,波导直接馈入离子源以增强馈入微波的稳定性与效率.此外,还大量采用了一些有利于提高离子源高电荷态离子产额的关键技术,如铝内衬等离子体弧腔、负偏压盘、铝制等离子体电极、三电极引出系统、辅助掺气等.     

超导ECR源SECRAL轫致辐射谱的测量

热电子在ECR（Electron Cyclotron Resonance）源中有着非常重要的作用，为了研究ECR源的工作参数（微波功率、磁场等）对热电子的影响，我们对SECRAL（Superconducting ECR ion source with Advanced design in Lanzhou）等离子体在轴向发出的轫致辐射谱进行了系统的测量。从测得的轫致辐射谱中我们得到用来衡量热电子能量的参考量——光谱温度Tspe，并且对ECR源的几个工作参数与Tspe的关系进行了讨论。     

在电子回旋工振氢等离子体中负离子的体积产生

研究了用于负离子源的电子回旋共振（ECR）等离子体的产生和控制。为能够得到大直径高密度均匀微波等离子体，提出了一种利用永久磁铁 的新产生方法。利用环形槽缝天线将微波功率发射进具有环状会切或线会切永久磁铁的室内的四周。在那里可将磁场加于局部区域，并且如果满足ECR条件可有效地产生等离子体。在本文中，我们报导了ECR负离子源的结构、ECR等离子体的特性以及从负离子源的观点出发ECR等离子体与DC放电等离子体的比较。     

一台可产生直流束和微秒脉冲束的ECR离子源

ECR离子源与其他离子源相比具有一些优点。例如在放电室中具有较低的工作气压,能产生均匀的高密度等离子体,由于无热阴极可耐腐蚀气体,工作寿命长、发射度小、高原子离子比和束流强度大。所以,应用在中子发生器中具有良好发展前景。专门应用于中子发生器的ECR离子源既可引出直流离子束,又可引出微秒脉冲离子束。介绍了这种ECR离子源的工作原理和结构,给出了测量到的主要参数和脉冲波形。     

微波ECR等离子体物理汽相沉积研究和应用(英文)

研究了用微波电子回旋共振(ECR)技术蒸发镀Ti膜、Cu膜。沉积速率达50.0nm/min左右,基片温度50～150℃。获得了附着力强的非晶态膜层。进行了ECR溅射镀膜,采用较高的等离子体密度、电离度及负的基片电位,制作了YBaCuO超导薄膜。该膜层致密、呈非晶态、膜厚1.0μm,沉积速率达10.0nm/min。结果表明,ECR等离子体沉淀技术是能够在低压下产生高密度、高电离度的等离子体,这种等离子体是薄膜沉积工艺和表面处理技术中最合适的等离子体源。     

微波ECR等离子体物理汽相沉积研究和应用

研究了用微波电子回旋共振(ECR)技术蒸发镀Ti膜、Cu膜。沉积速率达50.0nm/min左右,基片温度50～150℃。获得了附着力强的非晶态模层,进行了ECR溅射镀膜。采用较高的等离子体密度、电离度及负的基片电位,制作了Y-Ba-Cu-O超导薄膜。该膜层致密,呈非晶态,膜厚1.0μm,沉积速率达10.0nm/min。结果表明,ECR等离子体沉淀技术是能够在低压下产生高密度、高电离度的等离子体,这种等离子体是薄膜沉积工艺和表面处理技术中最合适的等离子体源。     

CPHS中强流质子源与低能传输线研制

清华大学为微型脉冲强子源加速器注入研制了一套2.45GHz ECR强流脉冲质子源和低能传输线(LEBT)系统。质子源采用四电极系统引出能量达50keV/75mA的混合束,经低能传输段实现匹配注入RFQ加速器。在LEBT出口处获得了高达50keV/60mA的质子束,使用Allison发射度探测器在第2诊断室测得均方根归一化发射度小于0.2πmm·mrad。本文介绍强流质子源与低能传输段的调试结果,并对束流品质进行了研究。     

ECR离子源原理及其磁场分析计算

文章介绍了ECR离子源的发展历史和一般原理;给出了它产生高电荷态离子所必须的工作条件;着重讨论了磁场对源内等离子体性能的影响。基于对CAPRICE源磁镜场及六极约束场的计算,给出了该源磁场较精确的数量概念,这对了解它的磁路结构及磁场场型特点以及各铁元件的功能十分有益。通过对计算数据的分析,发现该源在磁路结构及场型上还有尚待修改的地方。所有这些对我们现有ECR源的调试、运行及局部改进提供了可靠的依据。     

ECR离子源实验台的研制

介绍了ECR离子源实验台的工作原理、基本结构和研制过程。作为实验和测试平台,ECR离子源实验台可以很方便的调整离子源各参数,在靶上得到好的束流品质。通过对部件的改进和调试,解决了束流较小的问题,使ECR离子源工作在最佳状态。上述结果可用于中子发生器的运行调试。因此,ECR离子源实验台是强中子发生器所必需的实验设备。与国内外的ECR离子源相比,ECR离子源实验台主要着眼于中子发生器的模拟实验,在结构上强调小型化、实验平台化,在功能上要求能够在线测量许多重要参数。测量结果表明,ECR离子源实验台技术指标达到设计要求。     

双频加热的LECR3离子源设计及初步的调试

研制成功了一台新的ECR（Electron Cyclotron Resonance）离子源LECR3（Lanzhou ECR No.3）。该离子源能为原子核物理与表面物理研究提供高电荷态离子束流，LECR3的设计主要基于IMP（Institute of Modern Physics）的14.5GHz ECR离子源（Lanzhou ECR No.2），但采用了双频加热、波导直接馈入微波功率及铝制等离子体弧腔等新技术和新方法。另外，LECR3的弧腔容积比LECR2的大，增加可注入的微波功率，可有效地增加引出的高电荷态离子束流的强度。虽然增大了弧腔的内么，但仍然保持径向六极磁铁在弧腔内壁上产生最大磁场强度与LECR2的同样大小。     

电子回旋共振离子源的研制及应用

描述了一台电子回旋共振离子源的设计,结构及特性。及了获得离子源的长寿命,较高的等离子密度以及高效的传输微波功率,利用合适的三层微波输入窗是很有效。采用两个带有磁轭的螺线管线圈能够产生满足共振条件和约束等离子的轴向磁场。     

电子回旋共振离子源永磁体的优化设计

对永磁电子回旋共振(Electron cyclotron resonance,ECR)离子源磁场运用Poisson程序进行了模拟计算,将模拟计算结果和测量结果进行了比较.依据计算结果,设计加工了NdFeB(钕铁硼)永磁体,得到了比较好的磁场场形,并在ECR离子源调试中获得了较强的束流.     

D-T中子源的反冲质子望远镜模拟研究

为了设计用于监测D-T中子产额的反冲质子望远镜系统,采用MCNP程序模拟了14MeV中子在不同厚度的聚乙烯膜上产生的反冲质子的产额、能谱及角分布,通过对反冲质子的产额、能谱和角分布数据的分析,给出了用于D-T中子产额监测的反冲质子望远镜系统的聚乙烯膜最佳厚度和探测器放置位置。建立了D-T中子源模型,模拟设计了反冲质子望远镜系统,并给出了系统的探测效率。     

915 MHz TE10-TE01模式转换器设计

本文设计了一种可实现矩形波导TE10模式转换为圆波导TE01模式的转换器,用于电子回旋共振(ECR)技术薄膜沉积,使微波功率以特定模式分布在反应腔中与磁场共同作用产生等离子体,并由磁控管输出的微波中心频率为915 MHz。在满足工作带宽要求的基础上尽量提高转换效率,抑制噪声模式。通过三维仿真软件HFSS对结构进行优化,在915 MHz中心频率处转换效率达到99.90%,在中心频率20MHz范围内转换效率达到99.00%,能够满足磁控管工作频率在915 MHz下的带宽要求。     

Production of intense highly charged ion beams by IMP 14.5GHz electron cyclotron resonance ion source

A new 14.5GHz Electron Cyclotron Resonance(ECR) ion source has been constructed over the last two years.The source was designed and tested by making use of the latest results from ECR ion source development ,such as high mirror magnetic filed,large plasma volume,and biased probe.140μA of O^7 ,185μA of Ar^11 and 50 μA of Xe^26 could be produced with a RF power of 800W, The intense beams of highly charged metallic ions are produced by means of the method of a metal evaporation oven and volatile compound throuth axial access,The test results are 130μA of Ca^11 ,70μA of Ca^12 and 65 μA of Fe^10 ,The ion source has been put into operation for the cyclotron at the Institute of Moderm Physics(IMP).     

BNCT RFQ高功率耦合器的设计

为满足硼中子俘获治疗试验装置(BNCT_A)RFQ加速器腔耗420 kW、占空比50%的需求。为BNCT_A RFQ加速器设计了一款高功率耦合器。该功率耦合器包含WR2300矩型波导转3-1/8英寸同轴门钮结构、波导窗、功率耦合装置3个部件。波导窗采用同轴扼流结构型式,功率耦合装置采用磁耦合环结构。整个功率耦合器采用分段设计的原则。矩型波导转同轴结构和陶瓷窗分别通过Microwave Studio（MWS）优化仿真,得到陶瓷窗的驻波比（SWR）达到1.000 9@352.2 MHz,带宽大于±58 MHz@SWR≤1.1 MHz。用多端口换算理论确定了耦合环耦合度,并用能量衰减法确定耦合环的尺寸。从热学和结构力学方面校核了该功率耦合器的功率容量,在50%占空比下,单个功率耦合器最高峰值功率可达260 kW,4路功率耦合器最高峰值功率可达1 MW。经过实际高功率测试,目前入腔功率484 kW,占空比达到10%,并具提升峰值功率及占空比的能力。     

Analysis of X-ray spectra in 14.5-GHz ECR ion source for optimizing operation conditions

An electron cyclotron resonance (ECR) ion source operating at 14.5 GHz was developed for the generation of charged ions at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI). Experiments were carried out to study the plasma inside the ECR ion source by analyzing the X-ray spectra generated by it. The X-ray energy distribution and electron energy inside the plasma chamber are influenced by the status of the heated plasma. That status depends on various operation parameters such as microwave power, injected gas-pressure, and solenoid and trim coil currents. X-ray spectra were recorded to find the correlation between the plasma and the X-rays for variations in the operation parameters. A standard NaI(Tl) detector was used for that purpose. The X-ray energy distribution was studied in the range of 100–500 W for radiofrequency power. The influence of the injected gas pressure and the mirror ratio in the emission of X-rays were analyzed.     

Identification of the ECR zone in the SWISSCASE ECR ion source

The magnetic field of the permanent magnet electron cyclotron resonance (ECR) ion source SWISSCASE located at the University of Bern has been numerically simulated and experimentally investigated. For the first time the magnetized volume qualified for electron cyclotron resonance at 10.88 GHz and 388.6 mT has been analyzed in highly detailed 3D simulations with unprecedented resolution. The observed pattern of carbon coatings on the source correlates strongly with the electron and ion distribution in the ECR plasma of SWISSCASE. Under certain plasma conditions the ion distribution is tightly bound to the electron distribution and can considerably simplify the numerical calculations in ECR related applications such as ECR ion engines and ECR ion implanters.