中国原子能科学研究院回旋加速器创新与发展60年

中国原子能科学研究院（CIAE）自1958年首台回旋加速器成功出束以来,已经历了60余年的回旋加速器创新与发展,并由此带动了我国核科学技术基础研究和应用技术的发展。本文在简要回顾回旋加速器前30年发展历程的基础上,重点阐述后30年围绕紧凑型回旋加速器的科技创新和应用,主要包括100 MeV强流质子回旋加速器、医用小型回旋加速器、质子治疗超导回旋加速器及高功率等时性圆型加速器等多种先进的质子加速器研发。     

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。     

100MeV回旋加速器开展首次物理实验

<正>11月17日,我院联合航天科工集团等5家单位,成功开展了100 MeV回旋加速器首次物理实验——中能质子单粒子效应实验,填补了我国中能质子抗辐照实验技术空白。这是该加速器首批物理实验项目之一。2016年,此回旋加速器质子束性能进一步提升,内靶平均流强达到1 mA。此外,230 MeV质子治疗超导回旋加速器核心设备主磁铁和超导系统研发成功,250 MeV质子治疗项目获得国家科技部立项     

16 MeV医用回旋质子加速器测试间辐射安全研究

随着放射医疗技术的发展，医用回旋质子加速器在国内拥有广阔的市场前景。我国建设医用回旋质子加速器测试间，可提高进口医用回旋质子加速器投产效率。为保证测试间辐射安全性，本研究选取进口占比较大的16 MeV回旋质子加速器测试间作为研究对象，利用FLUKA软件建立靶件、屏蔽体及材料模型，设置粒子类型、能量、束流强度、束流损失率等参数，模拟测试间周围辐射剂量场分布。结果表明，测试间屏蔽体外侧30 cm处剂量率范围为0.146～1.801μSv/h,满足2.5μSv/h的剂量率限值要求。本研究方法及结果可为同类工程辐射安全分析提供参考。     

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。     

用于放射性核束设施驱动加速器的100 MeV强流质子回旋加速器

北京放射性核束装置(BRIF)于2004年已在中国原子能科学研究院正式启动。该装置将提供强流质子束和放射性核束(RIB)用于基础和应用研究,如中子物理、核结构、材料科学与生命科学、医用同位素生产等。在该工程中,100MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)被选为驱动加速器,它提供能量为75～100MeV、流强为200μA的质子束。2005年100MeV回旋加速器各系统的初步设计,包括束流动力学、磁铁、高频等都已完成。与回旋加速器设计相关的实验验证工作也已深入展开。选择紧凑型磁铁结构,采用加速H-、剥离引出的技术路线,将使得加速器体积小、造价…     

HI-13串列加速器升级工程：1 用于放射性核束设施驱动加速器的100MeV强流质子回旋加速器

北京放射性核束装置（BRIF）于2004年已在中国原子能科学研究院正式启动。该装置将提供强流质子束和放射性核束（RIB）用于基础和应用研究，如中子物理、核结构、材料科学与生命科学、医用同位素生产等。在该工程中，100MeV强流质子回旋加速器（CYCIAE-100）被选为驱动加速器，它提供能量为75～100MeV、流强为200LIA的质子束。2005年100MeV回旋加速器各系统的初步设计，包括束流动力学、磁铁、高频等都已完成。与回旋加速器设计相关的实验验证工作也已深入展开。     

100 MeV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     

回旋加速器的发展及其在核医学领域中的应用

五十年来,回旋加速器有了很大发展。由普通回旋加速器,逐步发展研制成了调频回旋加速器、等时性回旋加速器等。随着回旋加速器本身的发展,其应用日益广泛。近年来回旋加速器在核医学领域中的应用发展迅速,是一个引人注目的方向。用回旋加速器来生产核医学所需的短寿命、缺中子同位素;用作为快中子治癌的中子源和用作活化分析工具,是回旋加速器在核医学领域中应用的主要方面。     

CYCIAE-100剥离膜上能量沉积研究及程序开发

由于在军事、医学、工农业等领域内的广泛用途,强流质子加速器在当今社会得到了快速发展。目前,国际上许多强流质子回旋加速器均采用剥离H-的方法得到质子束。因此,剥离膜寿命的研究逐渐成为强流质子加速器研究的重要内容之一。     

230 MeV超导质子回旋加速器及治疗端放疗装备研究项目进展

<正>回旋加速器研究设计中心(以下简称回旋中心)承担的"230 MeV超导质子回旋加速器及治疗端放疗装备研制"是核能开发项目,是围绕质子治疗系统的重大产业化工程,具有工期紧、任务重、技术难度大等特点。该项目旨在发展具有自主知识产权的新一代放射治疗设备,逐步实现重大疾病的诊断和治疗设备的国产化。2019年是治疗端放疗装备关键技术突破的关键年,回旋中心团队完成了治疗端放疗设备关键技术突破。     

100 MeV强流质子回旋加速器的调试

中国原子能科学研究院研制的100 MeV强流质子回旋加速器是国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器,取得了多项先进束流指标。截至2018年底,该加速器完成了分系统、整机调试,开展了多项物理实验,已稳定运行2 000 h以上。本文将重点介绍100 MeV强流质子回旋加速器的调试过程以及调试中所解决的关键技术问题和调试结果。     

30MeV(P)扇形聚焦回旋加速器

为改进这台加速器的性能,以适应核物理、核技术实验工作的需要,1978年制定技术改造方案,确定把它改造为扇形聚焦可变能量回旋加速器。经过物理设计与模拟试验、技术设计及工程准备,1982年夏停机拆装调试,1983年按计划出束。改造后的回旋加速器,其能量常数K=40,能把质子加速到30MeV,能区在10～30MeV内可调,并可采用三倍频加速H_2~ 离子,提供2～2.5MeV和6～9MeV的质子。每次换能时间较快,可在2小时以内改变一个能量。     

基于100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器的束流切割器研制

通过理论分析和仿真模拟对中国原子能科学研究院一台100 MeV强流质子回旋加速器的束流切割器进行了优化设计,并同时研制出两套束流切割器进行实测对比,选定最佳方案。该切割器波形选择为回旋加速器高频频率的16分频28 MHz正弦波,具有结构紧凑体积小、螺旋谐振器Q相对较高、加载切割电压较高且功率损耗低、无需水冷等特点,同时配套研制了一套开口形状为正方形的选束狭缝装置。最后在实验终端成功获得了能量为100 MeV、重复频率为56 MHz的脉冲质子束。该切束器的成功研制不仅满足了核数据测量的应用需求,还极大地推动了回旋加速器束流脉冲化技术的发展。     

100 MeV强流质子回旋加速器的调试

〗中国原子能科学研究院研制的100 MeV强流质子回旋加速器是国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器,取得了多项先进束流指标。截至2018年底,该加速器完成了分系统、整机调试,开展了多项物理实验,已稳定运行2 000 h以上。本文将重点介绍100 MeV强流质子回旋加速器的调试过程以及调试中所解决的关键技术问题和调试结果。     

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。     

一种质子束收集装置的设计与应用

<正>100 MeV强流质子回旋加速器是由中国原子能科学研究院自主创新、自行研制的一台国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器,该加速器自投入运行以来,开展了大量的物理实验,为了满足不同实验对质子束的需求,设计了一种结构简单、易拆装的质子束收集装置(图1)。通常,基于100 MeV强流质子回旋加速器的质子束实验需将实验样品安装固定在束流的照射区域内,部分实验对束流的均匀性有特殊的要求,     

2 GeV/6 MW高投资效益比、高功率连续波固定场交变梯度加速器研究进展

<正>高能(GeV量级)、高平均束流功率(数MW)的质子束在国土安全,高亮度物理前沿研究,大众健康、先进能源等国民经济领域均有十分重要的应用。目前全世界范围内已建成的高功率质子加速器分为回旋加速器、直线加速器、同步加速器3类。由于具有等时性连续波加速及可多次利用高频加速电压的特点,以PSI 590 MeV分离扇回旋为代     

用飞行时间法测定回旋加速器束流能量

我所改建后的等时性回旋加速器,质子能量从10—30MeV连续可变。如何测定这些束流的能量,方法很多,如弹性、非弹性散射,核反应等。本工作用飞行时间法测定了该所等时性回旋加速器的束流能量。其优点是方法简单、可靠,测量结果准确度较高,在较宽的能量范围内都可以适用。