中国散裂中子源强流质子加速器设计、研制及调试运行

中国散裂中子源(CSNS)是基于强流质子加速器的大科学装置,通过高功率质子束流轰击重金属靶产生高通量中子用于开展中子散射研究,CSNS是世界上第四台、发展中国家第一台脉冲型散裂中子源。CSNS包括高功率强流质子加速器、中子靶站和中子谱仪以及相应的配套设施等。加速器由80 MeV负氢直线加速器、1.6 GeV快循环同步加速器及相应的束流输运线组成。CSNS加速器是我国第一台中高能强流高功率质子加速器,本文将介绍CSNS加速器的设计、关键技术、设备研制以及束流调试过程和其中关键问题。     

中国散裂中子源靶站冷却水净化系统设计

散裂中子源是由加速器产生高能质子轰击重金属靶产生高通量脉冲中子的科学装置。中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source,CSNS）主要由加速器、靶站和中子谱仪三部分组成。净化系统作为靶站水冷系统的一个组成部分,对CSNS的安全运行起着重要作用。本文主要介绍了CSNS靶站水冷净化系统的工艺流程设计、系统重要参数的确定、系统设备选型、控制仪表和系统布置的特点以及系统各种工况下运行操作方面的设计思路。     

日原研等开发微粒检测装置

【日本原子能研究所网站2003年11月28日报道】为了在东海研究所高强度质子加速器设施(J-PARC)实现多元中子利用实验,日本原子能研究所与高能加速器研究机构合作进行了高功率中子源相关技术开发。东海研究所高强度质子加速器设施开发中心通过发生中子的金属靶材料压力波实验,了解了材料表面产生的微小损伤群(微坑)的生成过程,从而成功推导出能够预测整个靶损伤形成的经验公式。速度接近光速的质子撞击靶面,发生核散裂反应,能够使J-PARC产生强度高于传统加速器中子源装置约6倍多的中子束。高强度质子冲击靶面,靶容器内的液体水银会产生热…     

4 ADS次临界实验装置——启明星1#

加速器驱动的次临界系统（ADS）是嬗变放射性核废物、有效利用核资源及产生核能的装置。该系统包括中能强流质子加速器、外源中子产生器和次临界反应堆。当加速器加速的高能质子轰击重金属靶（如铅）时，与重金属靶核发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源作用于次临界反应堆上，次临界反应堆发生并维持链式反应，在一定功率下运行。因此，ADS概念一经提出就受到极大关注，被世界核能界公认为是目前解决大量放射性废物，降低深埋储藏风险的最具潜力的工具。     

基于中国散裂中子源的核数据测量

正中子核数据是先进核能系统研发、核天体物理、基础物理研究及国防科技发展中用到的关键数据。国际上自20世纪80年代以来,基于中高能强流脉冲质子加速器的散裂中子源已成为开展各种高水平中子核数据测量的重要手段。中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(图1)是我国首条基于散裂中子源的白光中子束线,将为我国开展高水平的中子核数据测量提供很好的条件,该束线已于2017年8月建成并投入使用,在11     

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。     

强流质子加速器物理与技术关键问题

建造下一代散裂中子源,需要把质子加速器的束功率提高一个数量级。因此,明确其中的关键技术困难,并针对它们进行前期研究与开发,以求技术上有所突破,是建造价格昂贵的强流质子加速器的必经步骤。新的技术挑战主要源于束流流强的提高、加速器功率的提高以及对加速器可靠性、稳定性要求的提高。分别就这些难题进行了简略的说明,并讨论目前解决它们的技术途径和各主要技术环节的工艺水平。最后,还讨论了强流质子加速器架构的选择问题。     

14 100MeV强流回旋加速器质子束流管道的初步设计

作为中国原子能科学研究院四大工程之一的串列加速器升级工程，将成为在我国核科学技术领域开展国防、基础和应用的创新性与先导研究的平台。作为其中的重要组成部分，100MeV强流质子回旋加速器建成后能够提供75～100MeV的质子束流。此回旋加速器建成后，首先利用束流调试管道和束流收集器进行加速器调试，然后根据不同应用的要求，将调试好的束流通过ISOL系统质子管道、同位素研制质子管道、准单能中子源质子管道、白光中子源质子管道、生物医学研究质子管道、单粒子效应质子管道等将质子束传输到各终端用户使用。     

中国散裂中子源直线主副隧道的屏蔽设计

中国散裂中子源(CSNS)的核心部件是一台高能强流质子加速器,其孔道屏蔽是辐射防护设计考虑的重要内容。为确保直线加速器速调管大厅的工作人员辐射安全,本文采用蒙特卡罗程序FLUKA,对直线加速器的主副隧道间屏蔽墙和副隧道上方顶屏蔽的孔道屏蔽效果进行了模拟计算,提出了多种屏蔽优化方案,并按照CSNS工作场所的剂量率限值,分析给出了该处孔道屏蔽结构的优化改进意见。     

可用一台ADS验证装置的150 MeV固态金属散裂中子靶的性质研究

对可以用于中国“加速器驱动洁净核能系统”的入射质子能量为150MeV,束流为3 mA的固态金属靶进行了研究。采用锥型几何结构作为靶的结构,材料选择钨,靶厚度为3 mm,对“靶-束窗”一体化结构进行了研究。研究了泄露中子产额和中子产额,泄露中子的能谱分布和空间分布,散裂碎片的分布以及能量沉积和辐射损伤。     

中国散裂中子源加速器注入束流损失调节研究

注入系统是中国散裂中子源（CSNS）加速器的核心组成部分,对束流功率提升和稳定供束运行具有重要意义。注入束流损失是快循环同步加速器（RCS）能否在高功率下运行的决定因素之一。本文首先研究CSNS加速器注入束流损失的主要来源,包括注入参数不匹配、注入方式选择、剥离膜散射粒子损失、未被剥离的粒子损失等。其次,根据加速器的束流调节进程,对不同来源的束流损失进行调节和优化,降低注入束流损失,提高注入效率。最后,总结注入束流损失调节结果,初步测量得到注入效率约99%,并对进一步降低注入束流损失、提高注入效率提出改进方法和意见。     

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。     

Engineering design of the double neutral beam injection system for MAST Upgrade

The objectives of the upcoming upgrade to the Mega-Ampere Spherical Tokamak (MAST) require the construction of a new neutral beam injection system. Although the principle of operation is similar to other beamlines including those on JET, the design process is complicated by strict requirements such as the need for intensive ion source commissioning. A double neutral beamline has been designed which satisfies the requirements. This paper reports the engineering design of the MAST Upgrade double beamline, describing the key challenges and unusual solutions adopted.     

Basic information on new regulatory criteria requiring on-site emergency preparedness for accelerator facilities in Japan

For basic information on new regulatory criteria, the dose rate around a thick target bombarded by proton, electron, or carbon beam having incident energy of 10 MeV–50 GeV (per nucleon in case of carbon) was simulated using the PHITS Monte Carlo code. Based on this simulation, the benchmark which is ‘1 Sv/h at 1 m away from the beam line’ assuming 1% beam loss was evaluated, and compared with the criteria in France and Canada. Based on this evaluation, a new regulatory criteria has been established for requiring on-site emergency preparedness for accelerator facilities in Japan, which is required for the ion accelerator beyond the ion beam of 100 MeV/nucleon and 0.5 kW beam power, and the electron accelerator beyond the electron beam of 50 MeV energy and 1 kW beam power.     

350keV电子高压加速器研制

加速器辐照装置用于辐照生产医用输液塑料袋原膜材。所研制的350keV电子高压加速器具有以下特点：在静电加速器中采用高压倍压电源代替输电带，此新型结构加速器可输出低能大功率电子束，且体积小、自屏蔽，适于在线辐照加工；一般高压倍压电源采用50Hz供电，而在此装置中由14kHz中频电源供电，高压电源体积小。加速器空载高压达370kV，电子束350keV/20mA，扫描宽度70cm，辐照剂量不均匀性好于7%。该加速器辐照装置已投入运行，并已生产出合格医用输液袋膜材投放市场，产品填补了国内医用输液袋膜材市场的空白。     

基于IOT放大器的微波功率源在超导直线加速器上的应用

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）的直线加速器由两个4-cell超导加速腔构成,每个加速腔的激励由1套基于感应输出管（IOT）放大器的L波段微波功率源（25 kW）提供。本文介绍了微波功率源的基本原理、组成结构和调试过程,以及微波功率源在功率耦合器老炼平台和超导直线加速器上的一些实验结果。微波功率源安装调试后工作稳定,两套微波功率源的主要参数均达到设计要求。超导直线加速器的幅值稳定度和相位稳定度分别为0.04%和0.08°,优于设计指标。     

中国散裂中子源快周期同步加速器磁铁电源系统的研究

目前正在进行可行性研究的中国散裂中子源的主体结构是1台强流质子同步加速器。该加速器的一期目标为注入能量70MeV、引出能量1.6GeV、束流功率100kW、循环工作频率25Hz。文章阐述系统总体结构的设计原则以及二极磁铁（B）和四极磁铁（Q）磁场的跟踪误差要求。     

中国散裂中子源的空气活化监测与评价

中国散裂中子源是我国正在运行的质子加速器大科学实验装置,保证其空气活化水平处于可监测、可控状态,对确保装置的正常运行和科研产出、确保工作人员和公众的辐射安全具有重要意义。国内外以往对加速器空气活化的认识基本都来自参考文献和理论计算;由于没有针对性研发,以往国内加速器的空气活化监测没有测量到空气活化核素及其浓度。2019年底,散裂中子源研发了在线空气活化监测系统,成功监测到了空气活化的主要放射性核素及其活度浓度。本文介绍了该系统的研发情况和监测结果,并提出了对加速器空气活化监测与评价的一些看法。     

重离子惯性约束核聚变注入器的最新进展

基于超高强流加速器轰击氘氚球靶可实现可控核聚变,但相关的装置非常庞大,以至于到目前仍不能建造。近年来,随着强流加速器技术的快速发展,尤其是激光离子源和单腔多束型加速器的发展,使得实现重离子惯性约束核聚变成为可能。本文介绍了重离子惯性约束核聚变注入器的新设计,尤其是低能段和中能段单腔多束型加速器的设计,为重离子惯性约束核聚变提供技术支持。     

高流强RFQ质子加速器研制

在国家“973”计划洁净核能项目的支持下,中国科学院高能物理研究所与中国原子能科学研究院合作,建成了我国首台强流质子加速器。它是1台四翼型结构的射频四极（radio-frequencyqaudrupole,RFQ）加速器,这种先进加速结构可为来自离子源的低能强流束提供周期性强聚焦,并同时在纵向对束流进行聚束和加速。我国建成的这台RFQ加速器束流能量为3.5MeV,脉冲流强达46mA,束流工作比大于7%。本文将介绍这台RFQ加速器的物理设计、研制、调试和出束实验的结果。