10 CYCIAE-100 MeV回旋加速器机械工程介绍

CYCIAE-100MeV回旋加速器非标机械结构主要包括离子源、轴向注入、中心区、高频腔体、频率自动微调、高频功率馈入、剥离靶引出、磁场调谐系统、对中线圈、径向束流探针、真空系统、相位探测系统、磁场测量系统、主线圈、束流诊断系统、束流调试靶、质子管道及传输元件、举升系统、运输安装与调节系统等。     

100 MeV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。电荷力的光学计算程序TRANSOPTR,匹配不同中性化程度的注入束流光学特性。从离子源出口到螺旋型静电偏转板出口的连续匹配计算结果表明:所设计的注入系统可有效地控制束流包络,减少束流损失,将束流注入到100MeV回旋加速器的中心区;还完成了1#线上x-y导向磁铁、螺线管透镜、聚束器和四极透镜的设计。100 MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统设计@姚红…     

100 MeV强流质子回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁设计

加速器引出束流分布一般都是高斯分布,而在很多束流应用中都需要均匀分布的束流,为此目的设计了旋转扫描磁铁。旋转扫描磁铁形成一垂直于束流传输轴向均匀旋转磁场,在该磁场作用下,通过旋转扫描磁铁的束流也会随磁场的旋转而旋转,从而提高束流的均匀度。其旋转过程如图1所示。外两相电流都是相同的直流电,这种情况下所形成的磁场方向不会变化,可用特斯拉计进行测量,其具体结果如图4所示。由图可见,理论计算和实际测量值间的误差小于2.2Gs,精度约1%,该旋转扫描磁铁即将在30MeV回旋加速器的123I束流线上试用,也用于100MeV回旋加速器的质子…     

回旋加速器螺旋型静电偏转板光学特性研究

在回旋加速器的轴向注入系统中，偏转板是关键部件，要求它能在很小的空间范围内使束流由垂直方向偏转到回旋加速器的中心平面上，并且使束流的位置、动量和相位能与回旋加速器的中心区匹配。因此，我们用程序CASINO对螺旋型静电偏转板的光学特性作了研究。     

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引出束流色散效应的研究

CYCIAE-100是一台紧凑式回旋加速器，加速负氢粒子束，引出方式为双向剥离引出。在回旋加速器内部的加速平衡轨道上，由于磁场的对称性，束流是消色差的。加速的H^-束流经过剥离膜剥离转换成质子后，将沿着引出轨道而被引出。由于磁场的非对称性和边缘场的存在，将会给引出的质子束流引入色散，造成水平的横向发射度增长。     

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。     

100 MeV强流质子回旋加速器剥离靶驱动控制系统研制

100 MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)加速负氢离子，引出系统为电荷交换方式的双向剥离引出系统，剥离靶是引出系统的核心装置。剥离靶系统四维联动定位精度要求高。为满足剥离靶驱动控制系统要求，采用了PLC控制驱动电路，读取位置反馈信号，对运动控制形成负反馈闭环的控制方法，实现了引出系统的各项运动控制要求并达到了设计指标。经调试，该加速器于2014年7月首次成功引出75~100 MeV质子束流，引出效率达99%以上。剥离靶驱动控制系统经加工调试，满足引出系统的各项技术要求，目前已投入运行2 a，可靠性得到了验证。     

直流束流变压器（DCCT）的研制

直流束流变压器（DCCT）作为束流诊断的一种重要测量装置，重点测量平均束流流强，是加速器运行的一个重要参数。由于它采用无拦截束流测量原理，可长时间在线测量束流，而不会对束流产生任何影响，也不会造成放射性剂量污染，是一种非常实用的在线束流流强测量装置。     

CYCIAE-100剥离效率的研究

CYCIAE-100是一台紧凑式回旋加速器，加速负氢粒子束，通过剥离引出方式来引出质子束流。H^-经过碳剥离膜剥离掉两个电子后转化为质子，质子的产额由电子的损失截面来决定，而电子的损失截面紧紧依赖于能量。H^-能量越高，电子损失截面就越小。因此，在同样的剥离效率下，能量越高，所需碳膜就越厚。