100 MeV回旋加速器的高功率质子束流线研制

为调试100 MeV回旋加速器高功率束流及放射性同位素研制,设计了一条高功率质子束流线及可插拔式高功率束流调试靶。研究了100 MeV回旋加速器引出区色散效应及剥离膜的散射效应,从而优化了光学模拟的初始参数,使得模拟结果更加精确。高功率束流调试靶设计为可插拔式以代替常用固定式调试靶,该靶插入束流管道中时可进行高功率质子束流调试,在拔出时,质子束流可直接轰击束流线终端的靶站以生产放射性同位素。优化了高功率束流调试靶的水冷结构,确保调试靶可承受500 μA以上的质子束流。经调试,该束流线可传输最高流强520 μA的质子束流。     

束流相图仪的标定

测量束流相图是束流输运线设计最佳化和束流控制的重要环节。因此,多年来人们广泛地把它用于离子源试验台和束流输运线上,用以测定和诊断束流的品质。几年前,我们根据缝-针法研制了一种束流相图仪,并在螺旋波导增能器的束流线上进行了一系列的实验。为了给出用相图仪进行测量的准确度,我们首先用相空间的概念对测量过程进行了分析,并给出了不同束特性情况下的数据处理关系式;其次,研究了影响测量精度的多种误差因素,采取了一定的改善措施;最后,在400keV高压倍加器输运线上,用设置标准接受相图的方法,对相图进行了实验标定,初步得出了测量相图斜率和相角宽度的误差限。     

100 MeV回旋加速器的高功率质子束流线研制

为调试100 MeV回旋加速器高功率束流及放射性同位素研制,设计了一条高功率质子束流线及可插拔式高功率束流调试靶。研究了100 MeV回旋加速器引出区色散效应及剥离膜的散射效应,从而优化了光学模拟的初始参数,使得模拟结果更加精确。高功率束流调试靶设计为可插拔式以代替常用固定式调试靶,该靶插入束流管道中时可进行高功率质子束流调试,在拔出时,质子束流可直接轰击束流线终端的靶站以生产放射性同位素。优化了高功率束流调试靶的水冷结构,确保调试靶可承受500μA以上的质子束流。经调试,该束流线可传输最高流强520μA的质子束流。     

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     

合肥光源束流输运线线性光学参数设计研究

合肥光源由800MeV电子储存环、200MeV直线加速器和束流输运线组成。束流输运线线性光学参数是影响束流传输效率和储存环注入效率的关键因素。在分析合肥光源现束流输运线性能基础上,重新优化设计输运线聚焦结构。新设计在改善输运线与储存环之间Twiss参数和色散函数匹配基础上,更好地控制传输过程中束流包络,并减轻了开关磁铁幅度抖动对传输束流末态位置的影响。通过优化光学参数设计,束流传输效率将明显改善,同时参数匹配将有利于提高储存环注入效率。并且,新设计中的主磁铁磁场强度较低,输运线具备传输800MeV束流的能力。     

串列升级工程质子束流输运系统完成测试及鉴定

正2017年11月串列加速器升级工程质子束流输运系统完成了测试,并顺利通过中核集团科技与信息化部组织的科技成果鉴定。质子束流输运系统由5条质子束流线组成,是串列升级工程的重要组成部分,将100 MeV紧凑型回旋加速器产生的质子输运到在线同位素分离系统、同位素研制、中子靶、单粒子效应等不同的靶站上,可开展中子物理、核数据测量、质子辐照效应、同位素生产、核医学等多方面的研究,图1、2分别显示了该系统中南向和北向质子束流输运线。该系统在2017年11月通过了由清华大学、北京大学、华中科技大学、中国科学院高能物     

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...     

三块偏转磁铁组成的消色差系统

本文讨论了具有对称平面的、由三块偏转磁铁所组成的、偏转角度为任意的消色差系统。用矩阵法推导了该消色差系统的普遍表示法。最后,对偏转90°的消色差系统,给出了具体的计算,并应用于100 MeV电子直线加速器束流输运系统的实际设计中。     

BPL 750 keV束流输运线上四极磁铁的设计

一、引言自从北京质子直线加速器的10 MeV段1982年底出束以来,于1985年已将其能量扩展到35 MeV,脉冲流强达到70 mA,作为从高压倍加器至质子直线加速器之间的750 keV束流输运线,经历了10 MeV和35 MeV两个阶段的调试和运行。它有效地将质子束流从高压倍加器输运到直线加速器,传输效率达到设计指标。本文介绍安装在这一束流输运线上的四极磁铁的设计、磁场测量结果及实际运行情况。     

高能同步辐射光源低能束流输运线设计研究

高能同步辐射光源（HEPS）是计划在北京建造的发射度小于60 pm•rad的超低发射度光源。它由1台500 MeV直线加速器、1条500 MeV低能束流输运线、1台500 MeV～6 GeV的能量增强器、2条6 GeV的高能束流输运线、1台6 GeV的储存环以及同步辐射光束线和实验站组成。本文进行低能束流输运线的设计研究。低能束流输运线是连接直线加速器和增强器的束流传输线,在考虑建设布局限制的基础上,对两端的束流包络进行匹配,并将直线加速器产生的束流高效传输到增强器注入点。HEPS低能束流输运线设计时采用了功能分区的设计策略,设计有3个功能区,分别是消色散注入匹配区、光学参数匹配区、输出匹配区。为校正误差对束流的影响,HEPS低能束流输运线设置了8个BPM,水平和垂直各6块校正磁铁用于束流轨道校正,校正后的轨道满足束流传输要求。     

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。     

50 MeV负氢回旋加速器主磁铁设计研究

本文介绍了50 MeV负氢回旋加速器（CYCIAE-50）的总体设计考虑和主磁铁系统的优化设计过程及结果。确定了CYCIAE-50主磁铁的主要尺寸参数,建模计算出满足等时性的主磁铁中心平面磁场。通过调整参数,优化了主磁铁的峰值磁场、局部饱和等,以控制建造及运行成本。优化了磁极张角与磁气隙高度等参数,使负氢离子满足轴向和径向的聚焦要求,避免穿越有害共振。最后对主磁铁的结构进行形变校核,并估计了形变对束流动力学的影响。设计结果表明,CYCIAE-50的主磁铁设计符合要求,可为后续其他系统的设计和建造提供重要参考。     

智能化回旋加速器主磁铁CAE系统的研制及应用

阐述了一种回旋加速器主磁铁的CAE方法,基于该方法在VAX—11/780上所形成的CAE系统,具有可移植性好的特点,目前已成功地移植到PC—386微机上。智能化的CAD工作,在专家经验知识库的帮助下,使一般的设计者,也能得到高水平的磁铁结构;磁场分析基于多次考验过的磁场数值计算程序,束流动力计算经过实际考验;CAM工作是根据现有数控车床的具体要求,将设计结果转换成必要的加工数控数据,并能根据实际测磁结果,以形成等时性磁场为目标,计算出叶片修改量并输出数控数据,指导整个磁铁加工过程。应用该CAE系统设计的回旋加速器主磁铁,结构与目前国际上回旋加速器的结构十分接近,运行功耗有所下降。     

Physics design of a 70 MeV high intensity cyclotron, CYCIAE-70

This paper introduces the physics design of a 70 MeV high intensity cyclotron at China Institute of Atomic Energy (CIAE), which is aimed for multiple uses including radioactive ion-beam (RIB) production. The machine adopts a compact structure of four straight sectors, capable of accelerating two kinds of beams, i.e. H⁻ and D⁻ . The proton and deuteron beam will be extracted in dual opposite directions by charge exchange stripping devices. The energy of the extracted proton beam is in the range 35-70 MeV with an intensity up to 700 μA. The corresponding values for the deuteron beam are 18-33 MeV and 40 μA. This paper will present the main characteristics and parameters in the design of the 70 MeV cyclotron, the results of the basic beam dynamics study, as well as the physics in the design of the different systems, including the main magnet, RF, injection and extraction systems, etc.     

Ion beam optics analysis and beam transmission simulation in the reflection magnet of the EAST NBI system

Detailed trajectories of the residual ion passing through a reflection magnet, which is installed in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) neutral beam injector (NBI) system to remove the residual ion from the beam path, are reported. Monte Carlo simulation has been performed to obtain estimations of the beam density on the high heat flux elements of reflection magnet. On magnet pole shielding, there are three high beam power density regions, resulting from beam line focus and corresponding to the full energy, half energy and third energy. These high heat flux regions will bring a serious challenge for steady-state operation. The simulation result indicates that the re-ionization loss is about 2.43% and the magnet pole shielding encounters a problem of beam line focus, which should be taken seriously during the steady-state operation.     

SFC引出磁通道

在原有的ＨＩＲＦＬＳＦＣ引出系统基础上，设计了两个无线圈磁通道。一个通道将ＳＦＣ边缘场改变成正梯度的线性分布场，使引出束流在径向聚焦；另一个通道屏蔽一部分边缘场，使引出束向大半径方向偏转；此外，还设计了１２０°对称的假磁通道，以平衡磁通道给ＳＦＣ带来的一次谐波扰动场。实际的测磁结果表明，磁通道达到了设计的理论要求。此设计完善了ＳＦＣ束流引出系统。     

Conceptual design of an 800 MeV high power proton driver

This paper outlines the conceptual design work of a high power proton cyclotron proposed by the China Institute of Atomic Energy (CIAE) for a spallation neutron source, accelerator driven systems, production of radioactive ion beams, and other applications. For this cyclotron the 100 MeV injection proton beam is currently considered to be provided by the CYCIAE-100 cyclotron, which is under construction at CIAE and will be later replaced by a dedicated injector for beam upgrading. In order to minimize beam losses for high intensity operation, large turn separation at the extraction has first priority. After analyzing of different scenarios, including super conducting designs, a warm magnet solution was chosen. The conceptual design, field calculations, RF cavity simulations, etc. will be presented in the paper.     

The effects of beam line pressure on the beam quality of an electron cyclotron resonance ion source

The results of a series of measurements studying the possibility to use neutral gas feeding into the beam line as a way to improve the quality of the heavy ion beams produced with an electron cyclotron resonance ion source (ECRIS) are presented. Significant reduction of the beam spot size and emittance can be achieved with this method. The observed effects are presumably due to increased space charge compensation degree of the ion beam in the beam line section between the ion source and the analyzing magnet. This is the region where the neutral gas was injected. It is shown that the effects are independent of the ion source tuning. Transmission measurements through the beam line and K-130 cyclotron have been carried out to study the effects of improved ion beam quality to the transmission efficiency.     

300MeV/A H_2~+可变能量超导回旋加速器束流引出物理设计研究

针对单粒子效应测试对质子束能量的要求,中国原子能科学研究院设计了一台300 MeV/A H_2~+超导回旋加速器,该加速器使用超导线圈实现主磁铁小型化,剥离引出H_2~+离子获得可变能量的质子束。通过调节剥离点位置和分析剥离后质子的轨迹与束流包络,对该加速器引出过程的束流动力学进行了研究,完成了引出过程的物理设计。结果表明,此台加速器可在205~240 MeV、265~300 MeV内连续变能量引出质子,在更低能量范围内有单能量点引出质子的能力。     

Numerical Simulation of Main Magnet Electromagnetic Force and Deformation for CYCIAE-100 Project

The achievement of magnetic field plays a crucial part in the design of CYCIAE-100 cyclotron, which is assumed to satisfy various beam dynamics requirements. In the compact cyclotron, magnet deformation caused by gravity, electromagnetic force and atmospheric pressure, impacts the distribution of the field on the middle plane and the space nearby. If the deformation caused by gravity and electromagnetic force is small enough, the field change can be compensated in the field mapping and shimming phase. Otherwise,