用于中国散裂中子源调束的法拉第筒结构优化设计

本文将法拉第筒应用于中国散裂中子源前端系统和漂移管加速器临时线两个调束阶段,以吸收和截止束流。根据给定的束流物理参数,法拉第筒选择石墨吸收束流,紧贴石墨的无氧铜作为导热材料。通过靶型和冷却效率分析比较,确定采用单斜板靶,束流与靶面夹角为10°,同时设计了新型的瀑布型并联圆孔水冷结构。采用有限元软件ANSYS对结构模型进行热分析,对水冷管孔径和孔间距进行优化。经结构分析和应力变形校核,保证了加工制造的可靠性。用本文研制的法拉第筒顺利完成了调束任务。     

强流紧凑型回旋加速器注入线Beam Profile在线监视系统

束流分布在线测量系统的任务是完成注入线上法拉第筒处的束流径向分布测量,主要用于诊断束斑大小和形状,为离子源束流指标测试、束流引出做好准备工作。同时调束试验中,利用束流分布在线测量系统可判断束流中负氢离子束的径向分布,为离子源的调试、试验提供1种测量手段。 1 测量原理 法拉第筒头部结构示于图1。法拉第筒位于束流注入线之上,外部离子源之下。在法拉第筒头部挡板上开1条2 mm宽的线缝。当法拉第筒进入和退出时,束流通过线缝打到下面的测量电极上,与大地形成回路。法拉第筒尾部连接涡轮涡杆,带动定位滑动电阻,提供线缝的相对位…     

用于AMS的束流测量与调试系统

HI-13串列加速器质谱计的束流测量系统由可变狭缝仪、法拉第筒、荧光靶和探测器等构成,其中,可变狭缝仪、法拉第筒和荧光靶实验中需由试验人员手动操作,影响实验工作效率。为改变这一状况,已将可变狭缝仪、法拉第筒、半导体探测器、摄像头和荧光靶置于一靶室内。采用电控平移台     

北京质子直线加速器的束流测量探头

本文介绍了北京质子直线加速器的束流测量探头如荧光靶探头,束流变压器,发射度测量探头,束流截面测量探头,能散度测量探头,法拉第筒,减能器等的作用,机械结构及加工工艺。     

法拉第筒负高压环的改进

在用法拉第筒校准丙氨酸剂量计对质子的吸收剂量研究中，把法拉第筒置于丙氨酸剂量计之后，以法拉第筒为绝对测量标准来校准剂量计的吸收剂量，这就要求法拉第筒测量束流的准确性非常高。为了更加准确测量质子的吸收剂量，对法拉第筒经行了改进，并在10MeV质子束流下测试改进后的法拉第筒性能。     

强流紧凑型回旋加速器注入线Beam Profjle在线监视系统

束流分布在线测量系统的任务是完成注入线上法拉第筒处的束流径向分布测量，主要用于诊断束斑大小和形状，为离子源束流指标测试、束流引出做好准备工作。同时调束试验中，利用束流分布在线测量系统可判断束流中负氢离子束的径向分布，为离子源的调试、试验提供1种测量手段。     

MLFC在质子单粒子效应实验束流诊断中的应用

对宇航微电子器件进行抗质子辐射性能评估时,常利用加速器产生的质子束流来测量其质子单粒子效应截面曲线（σ-E曲线）。基于北京HI-13串列加速器重离子辐照装置,研制了适用于质子能量测量的多叶法拉第筒（MLFC）,为今后开展质子单粒子效应辐照实验奠定基础。测试结果表明,研制的MLFC既可测量质子能量和束流强度,也能测量质子束流的能量纯度,这对判定束流是否符合实验要求及调束非常实用。     

100 MeV中心区试验台架中5kW法拉第筒的研制

法拉第筒是加速器束流诊断系统中的重要诊断装置，采用拦截法测量束流，可用来精确监测束流流强，是最常用的束流流强诊断装置。100MeV中心区试验台架束流的最高引出能量为10MeV，设计最大引出束流流强为500μA，因此，需功率为5kW的法拉第筒进行束流拦截和监测。     

400 kV强流中子发生器的物理设计

对400 kV强流中子发生器进行了物理设计。采用Poisson/Superfish软件对中子发生器高压电极和加速管的电场分布进行了模拟,结果显示,各关键区域的空间电场最大值远低于击穿电场限值。以强流束旁轴包络方程为基本模型,发展了强流束传输系统束包络的计算机模拟程序IONB1.0,模拟了中子发生器传输系统中40 mA的D束流包络。结果显示,设计方案中所采取的两间隙高梯度加速结构有较强的聚焦性能,能有效抵消强流束空间电荷效应造成的束流发散,加速管出口处的束包络半径约3 cm,由加速管出口处的空间电荷透镜和三重四极磁透镜组成的传输系统能将束流聚焦在约140 cm处的靶上,且束斑直径小于2 cm。     

高功率CaO/W/RVCF复合靶的设计与制备

为利用质子轰击⁴⁰Ca靶产生放射性核束³⁷K,本文系统研究了⁴⁰Ca靶的设计、制备和模拟的全过程。综合考虑反应截面、靶材料的丰度、熔点、蒸汽压和短扩散路径等,确定选择CaO作为靶材料,高孔隙率的网状玻璃碳纤维(RVCF,reticulated vitreous carbon fiber)作为基衬材料。采用PC（paint coating）法将CaO材料沉积在RVCF基衬上,为防止高温下CaO与RVCF发生化学反应并降低靶材料的抗高温性能,在沉积CaO靶材料前采用CVD（chemical vapour deposition）法对RVCF基材沉积1层1~2 μm厚的W保护层。根据质子束轰击复合靶的能损计算与分析结果,设计了靶室筒内装入厚靶的结构和靶室筒的散热结构。最后采用Comsol计算程序模拟分析了靶及靶室的温度分布,得出了此厚靶在75 MeV质子束入射时能承受的最大束流功率为7.5 kW。     

The in-vessel components of the experiment WENDELSTEIN 7-X

The in-vessel components of the WENDELSTEIN 7-X stellarator consist of the divertor components and the wall protection with its internal cooling supply. The main components of the open divertor are the vertical and horizontal target plates which form the pumping gap, the cryo-vacuum pumps and the control coils. The divertor volume is closed by graphite shielded baffle modules and with divertor closures. All these components are designed to be actively water-cooled. For the first commissioning phase planned in 2014, an inertial-cooled test divertor will be installed instead of the actively water-cooled high heat flux divertor. The wall protection consists of graphite-protected heat shields in the higher loaded areas and stainless steel panels in the lower loaded regions. The wall protection cooling circuits are connected through 80 supply-ports via so-called “plug-ins”. It is envisaged to protect the diagnostic ports by panel-type port-liners. Special graphite-shielded port liners are used on the diagnostic injector and the neutral beam injector ports. The in-vessel components are mainly manufactured and tested at the Max-Planck-Institute für Plasmaphysik in its Garching workshop. Panels, high heat flux target elements and control coils are delivered by industrial partners. Manufacturing of the KiP (“Komponenten im Plasmagefäß”) is in plan. Delivery of the components will be in time.     

EASTICRF天线法拉第屏蔽的热-结构分析

在EASTICRF天线中,法拉第屏蔽是ICRF天线中的一个非常重要的部件。实验时,它位于真空室内直接面对等离子体,将承受着很大的热负荷。基于EASTICRF天线法拉第屏蔽结构的安全性,本文利用有限元的方法,首先对热负荷最大的法拉第屏蔽冷却管道在不同水流速下进行热分析,考察在不同水流速工况下法拉第屏蔽冷却管道上的温度分布情况,再通过热 结构耦合方法对法拉第屏蔽冷却管道进行结构分析,了解法拉第屏蔽在不同水流速下的应力大小和分布情况,分析结果为未来EASTICRF天线实验提供理论指导。另外,对法拉第屏蔽冷却管道结构进行了优化改进,并对优化改进后的法拉第屏蔽冷却管道在相同工况下进行了热和热 结构分析,分析结果确定了优化改进后的法拉第屏蔽冷却管道结构的优越性,分析数据为未来法拉第屏蔽冷却管道的优化改进提供理论指导,分析方法为其他同类装置提供有益的参考。     

An accelerator voltage regulating system using a position sensitive Faraday cup

A Faraday cup has been developed for precise current measurements in accelerator mass spectrometry, which provides in addition information on the beam position. These data are used to monitor the energy of the beam and, if necessary, the terminal voltage of the accelerator is automatically adjusted.     

闪烁体薄膜在线测量质子束流强度

质子单粒子效应实验研究和质子加速器研究中,质子束流强测量关系着实验结果的可靠性和准确性。法拉第筒、金硅面垒探测器、金刚石探测器等传统探测方法均为拦截式测量,无法实现束流的在线测量。本文用闪烁体薄膜在线监测质子束流强。质子束流穿过薄膜闪烁体,沉积部分能量使其发光,用光电倍增管收集光信号,从而得到束流的强度信息。通过质子与闪烁体材料相互作用的理论计算得到闪烁体材料对质子束流的响应关系。在北大2×6 MeV串列加速器上对3–10 MeV的质子束流进行了实验测量,验证了其响应关系。     

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。     

法拉第筒阵列探测器在电子束束流均匀度测量中的应用

描述一种法拉第筒阵列探测器,其由拦截式法拉第筒、抑制电极、绝缘层和底座等组成。应用该探测器测量了电子加速器的束流均匀度,计算了被辐照样品的吸收剂量,将为电子加速器的改造、生物辐照、材料辐照提供重要参数。     

Water-Cooled Target of 14 MeV Neutron Source

A cooling system of a stationary target for the Fusion Neutronics Source (FNS) has been designed to satisfy the structural, thermal and hydraulic requirements. Two square tubes for ion beam and for cooling water were concentrically placed and the target was mounted on the top of the beam guide tube. The end plate of the outer tube was devised to be removable for easier replacement of the target. In order to test the cooling capability of the system, dummy target assemblies with electical heaters were used in the experiment of heat transfer in place of using an accelerator. Correlations of heat transfer and head loss were obtained experimentally as a function of Reynolds number. The extrapolation of the data has shown that for the present target system, about 2.3 kW is the maximum power for the beam in diameter of 15 mm. This value was sufficiently large compared with the required heat load of FNS.     

H- Beam Stripping Loss at Background Partial Pressure of Ar

It has been observed that H^- current could be improved by adding Ar to H2 plasma. But due to a slower pumping speed for Ar with the existing pumping scheme, the tank pressure will increase quickly during the length of a beam pulse. Since H^- stripping loss depends on the tank pressure and gas species, part of the H^- beam can be converted to H^0 and then H^0 can be converted into H^＋ with background H2 and Ar gas thickness. Therefore, the H^- beam current, measured by a Faraday cup, situated at a distance L from GG （ground grid）, will decrease because it will be converted into a H^＋ current. This gives a ratio of the Faraday cup net current to the H^- beam current before stripping at background partial pressure of Ar.     

DZ-12/4多能量档电子直线加速器辐照关键参数测试

中国原子能科学研究院建立了一台DZ-12/4多能量档电子直线加速器,该装置主要用作辐射加工级电子束辐照实验平台。为了检测该电子束辐照实验平台辐照工艺控制参数,本文利用中国原子能科学研究院FJL-02型辐射变色薄膜剂量计对DZ-12/4多能量档电子直线加速器关键参数能量进行了测量,并对研制的束流监测系统法拉第筒的可靠性进行了验证。结果表明,DZ-12/4多能量档电子直线加速器能量在4~12 MeV范围可调,运行参数准确可靠;日常运行中,加速器运行人员通过监测设备和调节加速器参数可有效控制并估计辐照剂量,具有非常好的实用性和简便性。     

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。