中国原子能科学研究院回旋加速器束流动力学与多物理场模拟技术发展与应用

经过60年的发展，中国原子能科学研究院（CIAE）独立自主地开展了基于PIC技术的强流回旋加速器束流动力学的大规模并行计算的核心算法研究，开发了CYCPIC2D、CYCPIC3D和OPAL-CYCL等强流回旋加速器束流动力学模拟程序，搭建了专用的高性能并行化计算机群PANDA。本文以CIAE已建成及在研的不同类型的回旋加速器为例，总结了回旋加速器基本束流动力学的分析方法和主要计算结果，并介绍了CIAE在回旋加速器束流动力学与多物理场模拟技术方面的发展与应用。     

天光Ⅱ-B装置的诊断刻度

设计并制作了天光Ⅱ-B脉冲功率装置的电流电压诊断设备,根据天光Ⅱ-B脉冲功率装置的同轴传输线结构特点,在传输线末端设置了用于测量负载电压的电容分压器。利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒构成回流来测量负载的电流,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,两个诊断探头采取直接标定的方法,测定电容分压器的分压比和回流器的灵敏度。实验结果表明,该探头性能稳定、时间响应快、功率负荷大,是测量脉冲电流与电压的一种理想工具。     

多粒子轨道跟踪程序COMA的改进

COMA是TRIUMF国家实验室在1975年开发的用于回旋加速器的多粒子跟踪程序。该程序采用计算从1个角度到另1个角度的传输矩阵的办法来计算粒子的坐标。     

100MeV强流质子回旋加速器中心区磁场和电场轴向聚焦的研究

在回旋加速器中心区的设计中，轴向运动关心的主要问题和径向运动非常不同。这基本上源于在回旋加速器中心处轴向聚焦频率几乎为零的事实，然而径向振荡频率值约为1。回旋加速器中，在起始的几圈内等时性磁场提供的轴向聚焦接近于0，为加强磁场聚焦在等时场上设计一小的凸起磁场，可提供正的磁场梯度即轴向聚焦，属于弱聚焦，且该磁场带来的另一不利的效应是造成滑相。     

CYCIAE-100剥离膜上能量沉积研究及程序开发

由于在军事、医学、工农业等领域内的广泛用途，强流质子加速器在当今社会得到了快速发展。目前，国际上许多强流质子回旋加速器均采用剥离H-的方法得到质子束。因此，剥离膜寿命的研究逐渐成为强流质子加速器研究的重要内容之一。     

“天光Ⅱ—A”强流脉冲加速器的电路模拟

“天光Ⅱ-A”强流脉冲加速器的组成及主要参数如下：Marx发生器由24台美国Maxwell公司生产的100kV／0．1灯低电感脉冲电容器、12个火花隙开关组成，Marx发生器输出电压1．8MV，储能6．75kJ；     

用国产柴油机冷却水添加剂HG-KB代替俄制EXTROL的性能对比试验

通过穴蚀试验、玻璃器皿法腐蚀试验 ,以评价国产柴油机冷却水添加剂 HG- KB和俄制 EXTROL 的性能 ,得出国产 HG- KB添加剂在防穴蚀和防腐蚀性能方面均优于俄制 EXTROL 防蚀剂。     

电弧炉电极夹持器的改进

我厂5t电弧炉电极夹持器系气动钢质夹持器,冶炼过程中经常造成夹持器与电极之间打弧,并击穿夹持器,使夹持器冷却水泄漏,被迫停炉。为使冶炼继续进行,常采用堆焊补漏后,再用手提式砂轮机打磨平整,或判废后更换新夹持器。     

7 100MeV强流质子回旋加速器中的一次谐波研究

在回旋加速器中对应不同的能量束流具有固定的静态平衡轨道，轨道中心为机器中心。在粒子实际加速过程中，不可能严格的按照平衡轨道运动，而是围绕平衡轨道作betatron振荡。当磁场存在非理想分量时轨道中心将出现偏移，一次谐波引起的轨道偏移量为：     

100MeV强流负氢回旋加速器中心区模型设计

在中国原子能科学研究院提议的串列加速器升级工程中,将建造一台100 MeV强流负氢回旋加速器。作为必要的预先研究,我们计划研制其中心区模型,磁钢度为0.455 T·m。该中心区模型可将负氢离子加速到10 MeV,除了作为强流回旋加速器的先进技术研究外,还可用于生产PET常用的超短寿命放射性核素:~(11)C、~(13)N、~(15)O和~(18)F,由于它的高流强,将会有更高的放射性核素产额,预计一台这样的加速器,将能满足国内任何一个城市对~(18)F的需求。