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。     

100 MeV回旋加速器能量测量设备的安装调试

正为了测量100 MeV回旋加速器实际输出质子束流的能量,回旋加速器研究设计中心采用了Physikalisch-Technische Werkst tten(PTW)公司生产的水体模剂量测量系统(以下简称水箱)测量质子束流在水中的深度剂量曲线,确定布拉格峰位置。测量采用的是100 MeV回旋加速器南向单粒子效应束流线和单粒子效应实验台架。该束流线是一条水平方向固定的束流线,因此输出的质子束流为水平方向固定束。水箱的侧面有一个入射窗,入射窗处安装1个参考探测器。束流线与     

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     

100 MeV回旋加速器实现双向同时引出质子束流

正中国原子能科学研究院研制的100 MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)引出的质子能量范围为75～100 MeV、质子束流的最高流强为200μA。CYCIAE-100在南北对称的两个方向各安装了一套剥离靶引出系统,引出方式为双向剥离引出。2014年,完成了第一套北向剥离靶系统的安装调试,首次获得100 MeV引出质子束流。2015年,完成了第二套剥离靶系统的安装调试。目前,CYCIAE-100在两个方向均可连续引出75～100 MeV的质子束流,并且完成了单粒子效应和中子物理等许多实验任务。2017年,工程部技术人员经过反复尝试和实验,CYCIAE-100成     

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     

100 MeV强流质子回旋加速器超高真空系统研制

中国原子能科学研究院建成了一台强流质子回旋加速器,其引出能量为100 MeV,流强为200 μA。为减小粒子加速时束流损失的目的,其粒子加速腔内工作真空度要求为6.7×10^-6 Pa。由于是紧凑型加速器结构,该加速器能提供给真空系统利用的通路有限,为此主真空系统设计为内置式低温冷板结合商业低温泵的排气方案以增加系统整体的抽气能力。设计、加工完成的真空系统已成功应用于100 MeV强流质子回旋加速器上,为加速器的束流调试和正常供束提供了有利的保障。     

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。     

13 100MeV回旋加速器剥离引出系统研制

100MeV回旋加速器加速H^-离子，要求引出束流能量为75～100MeV、束流强度为200μA的质子束流，因此决定采用剥离引出。本工作依据100MeV主磁场数据和平衡轨道数据，通过理论研究，计算100MeV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70～100MeV能量的束流剥离引出的光学特性；通过理论计算确定剥离膜各项参数；完成剥离靶及其伺服驱动装置的设计；对真空系统、控制系统等相关专业提出明确的工艺流程和技术要求。最终确定100MeV强流质子回旋加速器双向引出系统初步设计。     

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。     

HI-13串列加速器升级工程进展与现状

中国原子能科学研究院的"HI-13串列加速器升级工程"是在现有的HI-13串列加速器的基础上,前端新建一台100 MeV、200 μA紧凑型质子回旋加速器(CYCIAE-100)和质量分辨为20000的在线同位素分离器(ISOL),后端新建一台能量增益为2 MeV/q的超导直线增能器(SCB),形成一加速器组合装置.各加速器可单独使用,也可联合使用.回旋加速器单独使用时主要用于中子物理、辐射物理、生物医学的研究及同位素研发.联合使用时,回旋加速器的质子束将用于轰击靶源,产生放射性同位素束,经在线同位素分离器后注入串列加速器加速,为用户提供放射性核素束流.     

BRISOL钠同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用100 MeV、200 μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束,在线分析后供物理用户使用,其质量分辨率好于20 000。为开展²⁰Na核的奇异衰变特性研究,研制了氧化镁靶,并采用100 MeV质子束轰击氧化镁靶在线产生了^20～26Na⁺的钠同位素放射性核束。当质子束流强为8 μA时,²⁰Na⁺离子束的最大产额为2×10⁵ s^-1,²¹Na⁺离子束的最大产额为4×10⁸ s^-1。完成了北京放射性核束装置首个放射性核束物理实验,累计供束近200 h。     

上海硬X射线自由电子激光装置调试用束流收集桶的设计

在建上海硬X射线自由电子激光装置(Shanghai high repetition rate XFEL and extreme light facility,SHINE)包含一台8 GeV的超导直线加速器,100 PW的激光系统,三条波荡线和10条实验线站。主加速器的第三磁压缩段(BC3段)有一调试用的束流收集桶,BC3段的调试电子流强为0.3 μA、能量为7.7 GeV,束流功率为2.31 kW。本文从材料对7.7 GeV电子的能量吸收方面考虑,对束流收集桶的结构进行了确定。用ANSYS 17.0对束流收集桶的温度场进行了分析,结果证明在有表面空气自然对流换热的情况下,铝芯的最高温度为193.14 ℃,在束流收集桶坑道无外界换气的情况下,束流收集桶需要外围冷却水;用蒙特卡罗程序FLUKA对束流收集桶的活化进行了分析,保守假设束流收集桶连续注束2 000 h。结果证明要保证停机1 h后,束流收集桶周围30 cm处的剩余辐射剂量小于25 μSv/h,束流收集桶外围需要55～85 cm的混凝土屏蔽体;结果显示束流收集桶的剩余辐射剂量在30 min内衰减的非常快,这是由于刚停机时束流收集桶内产生的50%左右的放射性核素半衰期都小于10 min。     

CYCIAE-30医用回旋加速器束流输运系统升级改造

在中国原子能科学研究院CYCIAE－30医用回旋加速器现有的束流输运系统的基础上，根据气体靶生产新品种医用同位素的技术要求，用TRACE－3D对束流输运系统的升级改造方案进行设计，包括束流线的总体布局和光学设计。根据束流光学设计的结果，〖JP3〗设计了新增束流线的磁四极透镜和偏转磁铁。     

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。     

复旦大学单粒子微束研制进展

建设了一基于复旦大学2×3 MV串列加速器的单粒子微束装置。离子束经分析磁铁30°水平偏转传输后再经90°偏转磁铁竖直上行至辐照终端,以内径1.5 μm的毛细玻璃管微准直器获取离子微束。采用薄膜闪烁体结合光电倍增管的探测结构对微束离子进行精确探测和计数,并以高压静电偏转开关快速关断束流以实现对离子数目的精确控制。目前实验已获得在质子能量为3 MeV时,能散（能量分布曲线中半高宽FWHM）<60 keV、束分辨<2.2 μm、定量照射精度>95%的质子微束。本文对复旦大学单粒子微束的束流管道设计、微束获取、束开关及单粒子探测等核心环节的研制进展进行介绍。     

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源,其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础,为其提供粒子能量、流强等参数需求分析,并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序,通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究,提出能量2.5 MeV质子轰击100～200 μm锂靶的设计,并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下,源强可达9.74×10¹¹ s^-1;拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源,在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10¹³ Bq。     

First results obtained using the CENBG nanobeam line: Performances and applications

A high resolution focused beam line has been recently installed on the AIFIRA (“Applications Interdisciplinaires des Faisceaux d’Ions en Région Aquitaine”) facility at CENBG. This nanobeam line, based on a doublet-triplet configuration of Oxford Microbeam Ltd. OM-50™ quadrupoles, offers the opportunity to focus protons, deuterons and alpha particles in the MeV energy range to a sub-micrometer beam spot. The beam optics design has been studied in detail and optimized using detailed ray-tracing simulations and the full mechanical design of the beam line was reported in the Debrecen ICNMTA conference in 2008. During the last two years, the lenses have been carefully aligned and the target chamber has been fully equipped with particle and X-ray detectors, microscopes and precise positioning stages. The beam line is now operational and has been used for its first applications to ion beam analysis. Interestingly, this set-up turned out to be a very versatile tool for a wide range of applications. Indeed, even if it was not intended during the design phase, the ion optics configuration offers the opportunity to work either with a high current microbeam (using the triplet only) or with a lower current beam presenting a sub-micrometer resolution (using the doublet-triplet configuration).The performances of the CENBG nanobeam line are presented for both configurations. Quantitative data concerning the beam lateral resolutions at different beam currents are provided. Finally, the first results obtained for different types of application are shown, including nuclear reaction analysis at the micrometer scale and the first results on biological samples.     

单粒子微束辐照装置的束流光学计算

利用束流光学计算程序TRANSPORT和TURTLE对基于2×3MV串列静电加速器的单粒子微束细胞精确照射装置的束流传输光学进行了一阶近似计算,得到了包括束流包络、束流相图、束斑大小及束流发散程度的相关数据.计算结果表明,对于能量1.5 MeV,经2 mm×2 mm狭缝入射且初始发散角x'～y'≤3mrad的典型质子束...     

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。     

束流光学软件的移植

以束流光学软件的移植为例,介绍BEPCⅡ加速器控制系统调束软件的移植原理、过程、方法及特点.束流光学软件是控制系统核心调束软件之一,目前已经初步移植完毕.离线测试表明,软件原有功能基本具备,应用程序与模拟数据库之间数据读写准确,计算结果与BEPCⅡ束流光学各参数相符.