加速器驱动洁净核能系统物理及技术基础研究：强流RFQ注入系统（LEBT）实验进展

加速器驱动次临界系统（ADS）项目中，由我院承担研制的强流RFQ注入系统包括ECR强流离子源及束流低能传输线（LEBT），2005年8月移机高能物理研究所后，2006年6月与RFQ对接前将系统完全恢复到了验收时的状态，可以引出能量75keV、超过60mA的离子束，归一化均方根束流发射度为0．13πmm.mrad，引出束流的质子比好于80％。     

14GHz强流质子源的研制与调试

提出并初步研制成功一台利用14GHz微波产生强流质子束的离子源。2013年在搭建的实验平台上进行了初步调试。在40kV引出电压、200 W及14GHz条件下,引出直流质子混合束流4mA,初步调试结果证明其工作机制和设计结构可行。本文对该质子源及其实验平台进行详细说明,并对实验结果进行讨论。     

CPHS中强流质子源与低能传输线研制

清华大学为微型脉冲强子源加速器注入研制了一套2.45GHz ECR强流脉冲质子源和低能传输线(LEBT)系统。质子源采用四电极系统引出能量达50keV/75mA的混合束,经低能传输段实现匹配注入RFQ加速器。在LEBT出口处获得了高达50keV/60mA的质子束,使用Allison发射度探测器在第2诊断室测得均方根归一化发射度小于0.2πmm·mrad。本文介绍强流质子源与低能传输段的调试结果,并对束流品质进行了研究。     

用于质子直线加速器的强流电子回旋共振离子源

研制了一台用于加速器驱动次临界系统 (ADS)的强流电子回旋共振离子源。在 30keV能量下 ,引出的氢离子最大束流达到 1 0 0mA ,质子比好于 85 % ,引出束流密度最高可达 34 0mA/cm2 。初步测定的发射度约为 0 1 1πmm·mrad。已通过了 1 0 0h的连续运行考验。     

强流RFQ加速器注入器的研究进展

用于中子照相的2MeVRFQ加速器须注入50 mA@50keV的脉冲D+离子束,束流占空比为1/10,发射度0.2 π-mm-mrad.а=1.93,β=5.16cm/rad.为此,我们建立了两台基于2,415 GHz的永磁微波离子源实验台.当微波功率小于450 w时,引出氢离子流的总流强大于80 mA,质子比好于90%,束流的归一化均方根发射度约为0.2-0.3π-mm-mrad.LEBT(低能束流输运线)实验台使用-个半包围结构螺线管磁透镜,束流传输效率大于80%.为优化源体设计,对源室尺度和放电室内衬材料研究,为源体的优化提供了依据.     

强流RFQ注入系统研制

本文介绍研制的强流RFQ注入系统。系统包括强流离子源、聚焦透镜、束流切割器等,注入系统在RFQ入口处形成了束流能量75keV、流强42mA、α参数为1．79、β参数为0．0596mm／mrad、束流脉冲频率1-100Hz、束流占空比1％-100％、发射度小于95．2πc mm mrad的质子束,可满足强流RFQ对束流注入品质的要求。     

CIAE强流ECR离子源研制

本文介绍了研制的一台强流ECR微波离子源,其能从7 mm直径的圆孔引出大于150 mA的氢离子束(75 keV),质子比达90%。该离子源采用独特的结构提高了离子源寿命。离子源在75 keV、110 mA束流条件下连续工作超过220 h,束流中断2次,不间断工作时间超过150 h。     

用于硼中子俘获治疗的强流质子回旋加速器中心区结构优化设计

中国原子能科学研究院目前正在研制用于硼中子俘获治疗（BNCT）的强流质子回旋加速器,该加速器设计引出能量14 MeV、质子束流强大于1 mA。相比引出流强为400 μA的PET回旋加速器,BNCT强流质子回旋加速器对中心区相位接收度和轴向聚焦的要求更高。为实现mA量级的束流的加速和引出,BNCT强流质子回旋加速器采取了增加负氢束流注入能量、增大磁铁镶条孔径、使用用于增大Dee盒头部张角的阶梯状结构及调整加速间隙的入口和出口高度等一系列中心区结构优化设计,有效地提高了中心区的相位接收度,改善了轴向电聚焦。在新的离子源注入能量下通过数值计算得到实测场下的轴向电聚焦和间隙高度的关系,选取合适的间隙高度获得最佳的轴向聚焦,从而确定了mA量级束流的注入和加速的中心区结构。同时在设计中考虑空间电荷效应的影响,计算了不同流强下的束流尺寸变化。中心区结构在实测磁场下的优化设计计算结果表明,BNCT强流质子回旋加速器中心区的束流对中好于0.5 mm,相位接收度大于40°,中心区最高可接收流强3 mA。目前,新的中心区结构已进入机械加工阶段。     

回旋加速器中心区实验装置剥离引出计算分析

改进了30 MeV回旋加速器剥离引出程序CYCTRS,计算了10 MeV回旋加速器不同能量束流引出剥离点的位置,着重计算分析了10 MeV能量点的束流剥离引出的光学特性,为设计加工束流引出系统提供了重要的参数依据。 10 MeV回旋加速器加速H-离子,采用剥离引出。该加速器将主要用于强流加速     

射频四极场加速器低能强束流传输注入系统的实验研究

对加速器驱动的次临界系统（ADS）的射频四极场（RFQ）加速器的低能强流束流传输系统进行实验研究,给出了在强流离子束束腰附近测量束流参数的方法,并测量了强流质子注入系统在RFQ入口处的束流参数。目前,该系统已成功地应用于强流射频四极场质子加速器中。     

强流脉冲离子束发射度的测量

介绍了一台基于多缝单丝法的强流离子束发射度仪,讨论了发射度仪硬件的系统构成和设计要点,并对测量计算软件进行了介绍.利用该发射度仪对北京大学重离子物理研究所电子回旋共振(Electron cyclotronresonance,ECR)离子源引出的强流脉冲质子束的发射度进行了测量,并对测量数据进行了分析.     

15-20mA负氢离子源的磁场测量

多峰场结构的离子源是体产生负氢的一种重要的离子源，它能够产生高流强、高品质的负氢束流，这对发展强流质子回旋加速有重要作用。     

强流高稳定性高频离子源

本文描述了一个强流高稳定性的高频离子源。它能够在10 kV引出电压、36—40kV束能条伴下给出8mA的离子流。在引出电压为7kV,输出流强6mA的情况下,连续运行八小时,束流的最大变化不超过1.3%;在引出电压为4.5kV,输出流强3 mA的情况下,连续运行120小时后束流下降10%。这一源具有83%的质子比。它已用于我校研制的一台ZF-300 keV小型中子发生器上,并可用于其他高压型粒子加速器和氢离子束实验装置。     

永磁强流ECR离子源

文章介绍一台2.45 GHz永磁强流ECR离子源,其直径为10 cm,长10 cm,重量不足5 kg,可工作在直流模式和脉冲模式.脉冲模式引出的氢离子束峰值流强大于100 mA,束流密度达到500 mA/cm2;直流模式引出束流达到60 mA,束流密度为300 mA/cm2.两种模式的质子比均达到80%.     

用于蓝姆移动型极化离子源的低能强流双等源

建立了用于蓝姆移动型极化离子源的双等源和低能引出聚焦系统，实验比较了等离子体出口孔径和聚焦电极之间的距离对引出束的影响，并调整了离子源的运行参数。离子束的质子比可达６０％以上，满足了极化离子源的工作要求。约有４ｍＡ低能氢离子束（５５０ｅＶ）或氘离子束（１１００ｅＶ）进入铯蒸汽电荷交换管道，在极化源上使用低能强流双等源后，可获得２００ｎＡ左右的极化质子（或氘核）束。     

用于加速器驱动洁净核能系统的微波离子源(英文)

介绍了正在研制的用于加速器驱动洁净核能系统的微波离子源,通过离子源7.3 mm的引出孔可以引出100mA的氢离子束,质子比好于85％,离子源成功地通过了100小时可靠性试验。     

15-20mA负氢离子源的设计

制约强流质子回旋加速器技术发展的一个主要因素是离子源的束流强度以及束流品质，为提高引出流强、改善束流品质，中国原子能科学研究院一直致力于离子源的发展。2000年建成了平均流强5．2mA的负氢离子源，束流发射度达到了0．65πnm-mrad，2004年建成了高于10mA的负氢离子源。为进一步提高束流流强，满足中国原子能科学研究院串列加速器升级工程的需求，在原有10mA负氢离子源基础上设计1台新的离子源，将平均引出束流提高到15-20mA。     

永磁微波离子源

介绍了2.45 GHz袖珍永磁微波离子源的进展,源的外廓尺寸Φ100 mm×100 mm,重量小于5kg.它可工作于脉冲和连续两种放电模式.在微波功率500 W、引出电压45 kV及等离子体电极发射孔径为5 mm的条件下,对于脉冲模式,峰值流强为100mA,束流密度500mA/cm2;而对于连续模式,流强为60mA,束流密度300 mA/cm2.两种模式的质子比均可达到80%,归一化均方根发射度小于0.1 πmm·mrad.     

真空弧离子源引出束流在加速空间的分布

采用数码相机直接照相的方法来确定真空弧离子源引出束流在加速空间的分布。实验在动态真空实验系统中进行,系统真空度优于2×10-3 Pa。在离子源脉冲工作的条件下,采用数码相机拍摄到离子源引出束流在加速空间的积分图像,得到引出束流的幅亮度在拍摄平面上的相对分布,然后再通过Abel转换得到引出束流在加速空间的径向分布。实验结果表明:真空弧离子源引出束流近似高斯分布,离子源出口处的束流比靶入口处的束流强40%。     

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。