100MeV强流回旋加速器辐射剂量场计算

在负氢回旋加速器中，残留气体和洛仑兹力会引起负氢离子的剥离损失。加速器运行时，束流损失在真空室外产生很大的辐射剂量场，其计算结果将用于决定加速器局部屏蔽、吸收体等的设计。加速器停机后，活化将导致真空室内部的剩余剂量场，其计算对于加速器真空室内部的维修及组件设计具有重要意义。     

CYCIAE-100回旋加速器Beamdump束流线的控制系统研制

正CYCIAE-100回旋加速器Beamdump束流线在2017年实现束流强度200μA的验收调试,在Beamdump束流收集器稳定测量到束流强度204.65μA。CYCIAE-100回旋加速器Beamdump束流线控制系统为2017年CYCIAE-100回旋加速器200μA的调试运行提供了保障,并在实际运行使用中得到验证。图1为CYCIAE-100回旋加速器Beamdump束流线的控制系统界面。CYCIAE-100是一台紧凑型强流质子回旋加速器,加速负氢粒子,束流强度为200μA,能量范围为75～100MeV。Beamdump束流线为束流收集器输运线,用于强流200μA流强的调试。束流经北向     

100MeV回旋加速器强流负氢束轴向注入系统数值模拟研究

串列加速器升级工程中的100 MeV紧凑型回旋加速器,设计用于产生强流质子束,在这样的紧凑型机器中,高亮度离子源和高效率注入系统成为产生强流束的瓶颈问题之一。从我们的30 MeV回旋加速器的运行经验可知,ES(静电透镜和螺线管透镜)注入系统能够有效地控制注入过程中的束包络。然     

强流AVF型回旋加速器中的空间电荷效应和束晕

首先,详细推导了AVF型回旋加速器中束团粒子在曲线坐标系中的动力学方程(考虑和不考虑空间电荷相互作用力两种情况)。然后,在假定动力学方程中各参数值的前提条件下,用Lunge-Kutta方法对考虑空间电荷时的动力学方程进行了数值计算。结果表明,束晕的形成和发展同样也是强流回旋加速器中束流损失的一个主要原因。但束晕形成的机制不同于直线加速器的情况,它不是由共振和混沌引起,而是由于粒子的排斥运动和束团内粒子的涡流运动引起的。     

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。     

中国原子能科学研究院强流回旋加速器若干先进技术研究进展

本文主要介绍了中国原子能科学研究院自2000年以来在强流回旋加速器领域的研究工作进展和到目前为止所掌握的一些强流回旋加速器的关键技术,内容涉及强流回旋加速器物理,强流负氢束的产生、调节、控制与诊断技术,先进磁工艺技术,大功率高稳定度高频技术,真空技术,回旋加速器综合试验技术等。     

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。     

回旋加速器中心区实验装置剥离引出计算分析

改进了30 MeV回旋加速器剥离引出程序CYCTRS,计算了10 MeV回旋加速器不同能量束流引出剥离点的位置,着重计算分析了10 MeV能量点的束流剥离引出的光学特性,为设计加工束流引出系统提供了重要的参数依据。 10 MeV回旋加速器加速H-离子,采用剥离引出。该加速器将主要用于强流加速     

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;     

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。     

CYCIAE-100剥离靶换靶试验

串列加速器升级工程正在研制的100MeV强流负氢回旋加速器采用剥离引出的方式引出能量为75～100MeV的强流质子束。剥离引出系统采用双内杆对称剥离引出方式,可在对称两个方向分别为各终端引出束流。剥离靶作为剥离引出系统的最为关键的设备,也是最为复杂的设备。     

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。     

小世界同步与束流输运网络同步控制

加速器中束流失匹配、离子的非线性共振等作用都会导致强流离子束产生的束晕．混沌现象，即在强流束中高密度束核的外围弥漫着少量粒子，且出现混沌现象。束晕．混沌现象会在加速器器壁上引起超标的放射性，对加速期间带来损伤，因此具有极大的危害性。尝试在小世界网络的基础上构造束流输运网络，研究束流输运网络中粒子的同步问题。     

强流重离子加速器中由于质子束流损失引起的次级辐射场计算研究

本文利用蒙特卡罗方法计算了强流重离子加速器中质子能量在50 MeV~12GeV能量范围内由于束流损失引起的真空管壁外的次级辐射场,分别就次级粒子的产额、能谱及角分布等方面进行了基本研究。本文的研究结果在束流损失探测器的选择、安装位置以及动态范围的确定上有着重要的参考价值,对于束流损失监测系统的建立有着极为重要的意义。同时,对于加速器的辐射防护问题也有一定的参考价值。     

强流质子束晕—混沌的小波反馈函数的周期连续控制方法

强流离子束不论在国防还是在工农医等方面都有着极其重要的广泛应用和发展前景。但是,在强流质子流下产生了束晕-混沌现象,导致束流最终打到加速器的管壁上面,引起放射性剂量超标,这是强流粒子束应用中,特别是在加速器驱动的洁净核能系统中所不允许的。国外实验采用束流限制板挡掉外圈粒子,而其它许多限束措施并不奏效,随着束的继续行进,     

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。     

100MeV强流质子回旋加速器主真空室辐射剂量的数值研究

中国原子能科学研究院正在设计研究的100MeV强流质子回旋加速器中真空室内的残余气体和磁场中的洛仑兹剥离将导致部分负氢离子束流损失，并在真空室内产生辐射剂量。本工作采用蒙特卡罗方法模拟计算该加速器运行时真空室外壁上沿圆周方向的辐射剂量分布，计算得出其最大值约为143Sv/h。同时，研究了在加速器停机后真空室内部的剩余辐射剂量场分布及其随时间的衰减规律。      

10MeV强流回旋加速器的束流调试

10MeV强流回旋加速器在中国原子能科学研究院研制成功,并取得了先进的束流指标。它是国内自主研发的首台紧凑型强流回旋加速器,具有多项技术特点。在其建造、调试过程中解决了诸多技术问题,作为一个回旋加速器综合实验装置,它不但为在建的100MeV回旋加速器提供了设计验证手段,而且也是强流回旋加速器关键部件的综合实验平台。它的建造成功,为小型回旋加速器的国产化提供了技术保证,为推广加速器在我国核医学领域的应用创造了条件。本文将重点介绍它的调试过程、解决的关键问题及调试结果。     

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。     

强流回旋加速器中心区综合试验装置偏转板和中心区改进设计

强流回旋加速器中心区综合试验装置的中心区理论设计要求高频加速电压为50kV，但在高频机实际的运行中，根据耦合馈入的功率和实际测量的腔体的阻抗值进行推算发现，加速电压并未达到理论设计所要求的数值。加速电压偏低意味着粒子在穿越加速间隙时无法获得足够的能量增益，从而导致部分束流轰击在中心区的电极上而造成损失。从图1数值模拟的结果可看出，D电压越小，同样方位角处的束流轨道半径就越小，这与图2所示的实验现象相符合。