北京脉冲低能正电子束流装置研究

脉冲低能正电子束流主要利用慢正电子束流的单色性及能量连续可调等特点研究缺陷在材料表面或近表面不同深度的分布信息。脉冲低能正电子束流利用微束团化装置获得起始时间信号。微束团化系统由斩波器、预聚束器、聚束器构成，可将随时间连续分布的慢正电子束流转化为频率为37．4725MHz、脉冲宽度200-300ps的脉冲束流。聚束器为2／4N轴谐振器，谐振频率为149．89MHz，     

聚束系统设计与计算程序

LMOVE程序是一个模拟粒子纵向运动的FORTRAN语言程序。它可以计算由三电极双间隙聚束器(或这种聚束器的组合)、单狭缝谐波聚束器、静电加速管和自由飘浮空间组成的束流脉冲化系统。程序采用大量粒子模拟束团在纵向相空间内的运动,并用Monte-Carlo方法随机产生相空间内各代表点的初始条件。因此,较为适合模拟粒子在配有聚束器件的静电加速器中的纵向运动。本程序不考虑粒子的空间电荷效应。     

串列加速器束流的纵向输运特性分析

本文论述了串列加速器纵向束流光学的分析方法,利用极值方法解决了束团纵向传输中的聚束器的非线性效应,利用此方法可获得束流纵向特性的各有关参数。并对HI-13串列加速器的重粒子脉冲性质进行了分析。     

双漂移谐波聚束器的物理设计

为了满足北京放射性核束装置计划中超导直线助能器对ＨＩ－１３串列加速器束流脉冲化系统的要求，同时兼顾目前快中子飞行时间测量实验的需要，进行了双漂移谐波聚束器的物理设计。聚束器基频为６ＭＨｚ，可以对质子、氘直至铯等所有离子束进行脉冲聚束，束流利用效率可达５０％—６０％，质子等轻离子脉冲束的脉冲时间宽度小于１ｎｓ。设计中分析了串列加速器束流传输系统中影响脉冲束流性能的各主要因素，通过束流纵向相空间的传输模拟计算，获得了满意的结果。     

基于FPGA的电子直线加速器低电平系统前馈功能的实现

用于驱动光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase1,TDSN1)的15 Me V直线加速器,由于腔体中瞬态束流负载效应的存在使得束团在经过腔体后头部的能量过高,会导致束流能散变大,降低了束流的传输效率。"数字前馈补偿"方法在原有的数字低电平控制系统的现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中加入前馈模块,通过直接削弱输入腔体的射频场的头部场强来达到降低束团头部能量的目的。实际数据表明,低电平系统前馈功能工作稳定,束流能散降低,束流的传输效率显著变高,克服了传统束流补偿法不能在大束团、高流强模式下工作的缺陷。     

北大4.5MV静电加速器束流脉冲化系统

４．５ＭＶ静电加速器是北大设计和建造的单级静电加速器。为了能够利用飞行时间法进行中子能量测量，需要把连续束变成短脉冲束。为此，在该器上配置了束流脉冲化系统。文章主要介绍４．５ＭＶ静电加速器束流脉冲化系统所采用的９ＭＨｚ射频聚束器和１．５ＭＨｚ射频切割器及有关的电子学线路、粒子纵向运动的模拟、对横向聚焦的要求。实验结果表明，可以获得的脉冲宽度为１．８ｎｓ。     

上海光源150MeV直线加速器传输波导相长度测量与调整

上海光源直线加速器加速器主体由电子枪、次谐波束聚器、基波聚束器及四台加速管组成,其功能是通过低能输运线向增强器注入150 MeV能量的电子束.直线加速器2006年12月开始安装,2007年5月出束,10月完成束流调试,向增强器供束,束流指标达到设计目标.传输波导相长度的测量与调整是微波系统及加速器建设安装过程中的的关键环节,调试结果直接关系到直线加速器的升能效果,影响到束流其它相关参数.本文阐述了上海光源直线加速器波导相长度测量与调整过程,给出了加速器束流调试的相关指标结果.     

中国散裂中子源快循环同步加速器束团长度研究

束团长度是中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）束流动力学的关键参数,通过对束团长度的研究,可了解RCS的机器性能并进一步指导机器优化研究。本文对RCS 100 kW时的束团长度进行精确测量,100 kW引出时的束团长度为105 ns。RCS 500 kW时束团长度可能超过无损引出允许值,需压缩束团长度。理论上提高腔压可压缩束团长度,本文模拟研究500 kW时束团长度随腔压曲线的变化规律,模拟结果表明提高加速后半阶段的腔压可压缩束团长度,给出了500 kW时无束流损失引出的腔压曲线。基于100 kW束流条件实验验证了通过提高加速后半阶段腔压来压缩束团长度的有效性和可行性,实验测量结果与模拟结果一致。因此,提高加速后半阶段腔压是500 kW时无损引出束流的有效方法。     

中国散裂中子源快循环同步加速器束团长度研究

束团长度是中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)束流动力学的关键参数,通过对束团长度的研究,可了解RCS的机器性能并进一步指导机器优化研究。本文对RCS 100 kW时的束团长度进行精确测量,100 kW引出时的束团长度为105 ns。RCS 500 kW时束团长度可能超过无损引出允许值,需压缩束团长度。理论上提高腔压可压缩束团长度,本文模拟研究500 kW时束团长度随腔压曲线的变化规律,模拟结果表明提高加速后半阶段的腔压可压缩束团长度,给出了500 kW时无束流损失引出的腔压曲线。基于100 kW束流条件实验验证了通过提高加速后半阶段腔压来压缩束团长度的有效性和可行性,实验测量结果与模拟结果一致。因此,提高加速后半阶段腔压是500 kW时无损引出束流的有效方法。     

电子枪束流截面测量系统

电子枪束流截面测量系统采用单片机控制步进电机驱动测试丝在束流下快速扫描,同时完成束流的数据采集,通过Matlab实现立体图的输出,从而判断电子枪的工作情况。用此系统在5mA束流下进行了测试,得到了束斑直径(13-14mm)和截面束流密度矩阵。     

中子发生器的纳秒脉冲聚束系统

为了用飞行时间法精确测量中子能谱,从俄罗斯Efremov电物理所引进了一台纳秒脉冲中子发生器。该中子发生器采用聚束系统产生纳秒脉冲束流,其中的纳秒脉冲信号源、高频聚束电源、负反馈调节系统等关键设备都是自主研制的。采用双扫描技术解决了聚束电源电压过高的问题,采用负反馈技术使纳秒脉冲聚束系统长期稳定工作。为了测量纳秒脉冲束流,研制了快脉冲同轴靶测量装置,测得中子发生器的离子束流脉冲半高全宽为1.5 ns,脉冲重复频率为1kHz-4MHz,束斑直径为10 mm。由于采用了电子回旋共振离子源(Electron Cyclotron Resonance,ECR),所以该中子发生器具有发射度小、能散小、无灯丝、可长时间连续工作的优点,是中子物理研究的良好实验平台。     

IH型结构的后加速器

在 4年时间内和德国慕尼黑技术大学合作研制成一台Interdigital-H型加速结构 (以下简称IH型结构 )的射频直线后加速器[1] 。叙述了该加速器的原理和结构 ,间隙电压的调整 ,束流动力学 ,射频系统及聚束器。在 84 .2MHz的谐振频率下 ,输入 3kW射频功率 ,它可以把质量数为 3的离子的能量从 340keV提高到 1.74MeV ,有效分路阻抗高达 4 0 8MΩ/m。用H+ 3 束一次调试出束成功 ,输出H+ 3 离子的能量达到设计值。该后加速器采用的二谐波双漂移聚束器 ,把束流聚集成宽度为 36 0 ps的束团 ,使加速腔的接受度提高到 2 4 0°。由于采用了双间隙型λ/ 4同轴腔结构 ,分路阻抗是慕尼黑以前所用的单间隙型的 4倍 ,而聚束系统占用的束线长度缩短到 2 0 %。     

壁电流探测器在中国散裂中子源快循环同步加速器调束中的应用

快循环同步加速器（RCS）是中国散裂中子源（CSNS）的重要组成部分。负氢粒子束经直线加速器加速至80 MeV，剥离成质子束注入至RCS环并加速累积至1.6 GeV引出打靶。束流通过安装在RCS环的壁电流探测器（WCM）感应得到束流的强度信息，环高频与环主二极磁铁的失配会导致束流的实际振荡偏离理论预测。本文通过对WCM的数据进行分析得到了纵向工作点、束流的实际振荡频率、束团的电荷量、束团的形状变化等信息，方便了加速器的调束，并对参数测量中的测量误差进行了分析。     

用于自由电子激光装置的丝扫描束流横向截面测量系统原型机

基于丝扫描系统的束流横向截面测量为半阻拦式的测量方法,相比于截面靶测量对束流影响较小。上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置(SHINE)束团截面在线测量系统计划采用丝扫描技术实现,为此设计研制了由丝靶探头、机械运动机构、束损探测器、电子学系统构成的丝扫描束流横向截面测量系统原型机。本文介绍了该原型机的工作原理、具体设计及在丝扫描探头上游安装腔式束流位置测量(CBPM)系统进行束流中心位置和束团电荷量精确补偿的优化方案。为精确评估该样机系统性能,在上海软X射线自由电子激光(SXFEL)中相邻位置布局了丝扫描探头和YAG靶截面探头,通过同时测量并对比同样束流截面的方法,对丝扫描系统原型机性能进行了束流实验评估。束流实验结果表明,在束团电荷量500 pC、电子能量0.84 GeV的条件下,丝扫描技术可用于电子束团的在线半阻拦式截面测量,测量不确定度好于30μm,测量结果与SXFEL装置标配的YAG靶截面靶测量系统结果一致。     

上海质子治疗装置束流输运系统物理设计

介绍上海质子治疗装置束流输运系统的设计.输运系统将主环引出的能量为70-250 MeV的质子束送入不同治疗室,并实现所需的束斑形状.匹配主要考虑共振慢引出造成的相空间畸形和治疗计划对束流形态的要求,通过TRANSPORT程序进行匹配,得到了输运系统的磁聚焦结构和线性光学参数曲线图.通过模拟发现,该设计有较大的灵活性,能...     

正电子湮没诱发俄歇电子能谱装置的物理设计

与X射线、高能电子或中子激发俄歇电子能谱相比,正电子湮没诱发俄歇电子能谱(PAES)具有极表面选择性、高信噪比、低辐照损伤等特点.本文介绍北京慢正电子强束流的PAEs装置,采用4×10-3 T磁场对正电子和俄歇电子进行输运,强弱磁场梯度对俄歇电子进行平行化,法拉第筒对俄歇电子的能量进行调制,使得整个系统的能量分辨优于2 eV.     

回旋加速器束流输运系统离子光学特性分析

为了提高束流在输运系统中的传输效率,改善靶点的束斑特性,本文用TRANSPORT程序对四川大学回旋加速器束流传输系统的光学特性进行了计算和分析。 TRANSPORT是采用矩阵方法计算带电粒子束在输运系统中光学特性的通用计算机程序,并能利用非线性最小二乘法和耦合系数方法对系统参数实行优化,广泛用于束流传输系     

ns-200中子发生器束流脉冲化技术研究及束流传输模拟计算

在ns-200中子发生器上开展了束流脉冲化技术研究工作,采用正弦波速调管聚束方法设计了束流脉冲化系统,研制了高频电源系统、脉冲测量系统和远程自动控制系统.运用LEADS软件,进行了束流传输的模拟计算,并显示了束流传输包络曲线.整机安装调试获得了半高宽小于3.5ns、峰值电流大于1mA的聚束脉冲,束流稳定,各项指标达到技术要求.目前,已长期投入脉冲运行,完成了多个物理实验.     

100 MeV质子回旋加速器二期辐照效应管道设计

针对中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器上的单粒子效应辐照装置进行了二期管道设计，采用八极磁铁校正法对束流进行了扩束及均匀化，最终在靶上得到了一个30 cm×30 cm、均匀性好于92%的均匀分布的束斑，满足了单粒子效应实验的需求。为降低靶站处的束流能散及中子本底，采用两级降能的方案，在偏转磁铁前放置1个降能片，将能量分为100 MeV和40 MeV两档，并分别针对这两个能量点进行方案设计，束流利用率均在42%以上。公差分析结果表明，四极磁铁对靶上束斑均匀性的影响大于八极磁铁，安装过程中应优先保证四极磁铁的安装公差。     

基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量，研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置，并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统，实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化，在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量，其量程为650 ns～10 ms，电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验，成功获得了中子束流剖面及10.65 μs～10 ms范围的飞行时间谱，对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验，验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。