IH型结构的后加速器

在 4年时间内和德国慕尼黑技术大学合作研制成一台Interdigital-H型加速结构 (以下简称IH型结构 )的射频直线后加速器[1] 。叙述了该加速器的原理和结构 ,间隙电压的调整 ,束流动力学 ,射频系统及聚束器。在 84 .2MHz的谐振频率下 ,输入 3kW射频功率 ,它可以把质量数为 3的离子的能量从 340keV提高到 1.74MeV ,有效分路阻抗高达 4 0 8MΩ/m。用H+ 3 束一次调试出束成功 ,输出H+ 3 离子的能量达到设计值。该后加速器采用的二谐波双漂移聚束器 ,把束流聚集成宽度为 36 0 ps的束团 ,使加速腔的接受度提高到 2 4 0°。由于采用了双间隙型λ/ 4同轴腔结构 ,分路阻抗是慕尼黑以前所用的单间隙型的 4倍 ,而聚束系统占用的束线长度缩短到 2 0 %。     

CSNS-II超导椭球腔的高频设计和二次电子倍增研究

中国散裂中子源二期(China Spallation Neutron Source,CSNS-Ⅱ)升级,直线加速器能量增益将由现在的80 MeV提高到300 MeV,打靶束流功率由100 kW提高到500 kW。直线加速器升级采用Spoke腔加椭球腔的全超导结构,其中5-cell椭球腔负责把H-从150 MeV加速到300 MeV,工作频率为648 MHz,几何βg(βgλ/2为椭球腔单元长度,λ为工作波长)取0.60。利用三维全波电磁场仿真软件CST (Computer Simulation Technology)对该椭球腔进行了研究分析,优化了椭球腔的高频参数和几何尺寸,使得轴向电场平整度、峰值电场比、峰值磁场比分别达到98.2%、2.70和4.89 m T?(MV/m)-1,R/Q值为305.59Ω。通过计算分析椭球腔的二次电子倍增效应,对发生二次电子倍增严重的地方进行了形状改良,减弱二次电子倍增,并且加速梯度在8 MV?m-1以上完全抑制了二次电子倍增。另外,对椭球腔的洛伦兹力进行了初步计算分析。     

C波段6 MeV轴耦合驻波加速管的研制

为发展紧凑型电子直线加速器,本文研制了一支C波段轴耦合驻波加速管。该加速管包括3个聚束腔单元和9个均匀加速腔单元,总长度约284 mm。根据射频相位聚焦原理进行了初步物理设计,并对整管腔链进行等效电路分析及仿真优化,从而确定了尺寸参数,最后进行了冷测调配及高功率出束实验。基于该流程研发了C波段驻波加速管,其工作频率为5 713.6 MHz,束流能量可达6 MeV,脉冲流强为84.5 mA。     

等梯度电子直线加速器的功率和场强

本文在沿等梯度盘荷波导的分路阻抗不为常数的情况下,对等梯度加速器的功率和场强的基本理论进行了讨论,推导了有束流负载时的功率和场强的计算公式,并分别以分路阻抗沿加速腔线性变化和二次变化为例,对功率和场强作了具体而系统的阐述,最后,给出了在分路阻抗线性变化下等梯度盘荷波导工程设计的数据图表。     

2.5 MeV行波加速管设计

2.5 MeV废水处理加速器以1.5 MW的速调管为微波功率源,在加速管入口处提供不低于1.3 MW的微波功率,在长约76 cm的行波加速管中将电子束加速到2.5 MeV/5 kW。加速器工作频率为S波段2 856 MHz。文本介绍了加速管的物理设计,采用数值计算方法完成了加速管束流动力学设计,并用PARMELA进行了验证计算,得到了较好的一致性。建立了加速管射频结构模型,完成了加速腔、耦合器的计算和场分布调整,优化后加速管在工作点驻波比为1.01,驻波比小于1.2的带宽约为2 MHz。     

975 MHz CCL加速结构设计

<正>腔耦合直线加速结构(CCL)是加速中高能质子束的重要结构,适宜加速75 MeV～1GeV能量范围的质子。CCL由加速谐振腔和边耦合腔组成。加速谐振腔对称轴为束流运动轴,该轴线上为一系列的加速间隙和鼻锥孔组成。加速腔工作时,首先将射频功率溃入功率耦合器,射频场进入第1个加速谐振腔。由于鼻锥孔细长,射频功率不能通过它进入相邻的加速谐振腔,而是首先进入边耦合腔,再进入相邻的加速谐振腔。这样,通过边耦合腔的中介传播作用,所有的加速谐振腔     

keV/MeV能量可切换加速结构设计与调配

电子直线加速器广泛应用于无损检测及放射治疗领域,能量大范围可调有利于实现物质识别和精准放射治疗。本文介绍一支keV/MeV能量可切换驻波加速管的设计与调配。该加速管采用双周期边耦合结构,工作频率为2 998 MHz。经过优化设计,整管由2个聚束腔和5个加速腔构成,通过在边耦合腔中使用能量开关调变加速电场分布,从而实现450 keV、6 MeV两档能量的切换输出。经过精密加工及整管测试调配,实现了高低两档束流能量所需的电场分布可调,验证了设计的合理性。     

CSNS/RCS中主要阻抗元件的仿真计算研究

中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）是强流质子加速器,对环中真空元件的阻抗研究是判断束流能否稳定运行的重要依据。通过正确估算环中元件阻抗,可及时对元件的阻抗进行有效控制和防止束流不稳定性发生,从而减小束流损失。本文利用CST电磁场仿真软件给出了RCS环中高频腔及准直器的耦合阻抗,并探讨了bus-bar结构对高频腔本身及束流稳定的影响,发现需重新设计bus-bar结构使腔固有频率大于10 MHz才能彻底解决因共振可能引起的丢束。此外,计算表明,主准直器屏蔽有利于减小耦合阻抗及损失功率,在安装代价较小的情况下需对主准直器进行屏蔽。     

高梯度电子直线加速器的设计

一、引言边耦合腔结构由于稳定性好,特征阻抗高,目前国际上许多医用电子直线加速器已采用它作为加速结构。本文介绍一种新的边耦合腔结构,对它的设计计算方法进行分析。采用这种结构设计的一台电子直线加速器,能量4兆电子伏,脉冲束流150毫安,使用2兆瓦磁控管作功率源,长度才10厘米(通常的行波电子直线加速器长约1米)。下面将称这种结构为高梯度加速结构。     

DTL腔体的功率耦合器设计

正功率耦合器是加速器的重要组成部件,用于将波导中的射频功率传输至加速腔体中,耦合器性能将决定传入腔体的功率大小并影响束流品质。漂移管直线加速器(DTL)是质子直线加速器中常用的一种加速结构,通常用于将质子从几MeV加速至十几到几十MeV。为开展质子直线加速器相关技术研究,一工作频率为325 MHz的DTL腔体正在研制中。本研究针对该DTL     

10 MeV/50 kW脊型加速器输入耦合器的研制

10 MeV/50 kW脊型加速器是一种新型大功率电子辐照加速器,其加速腔中所需射频功率高达100 kW,为此专门研制了高功率输入耦合器。该耦合器主要由陶瓷窗、内外导体及耦合环组成,通过等效电路分析以及仿真计算确定了最终结构。设计采用了可独立拆卸的平板型陶瓷窗和可旋转调节的耦合环,以便于进行脊型加速器调试,并在内外导体和耦合环中设计了水冷回路带走功率传输产生的热量。经过测试,该输入耦合器可在0～2.2范围内调节耦合度,并成功向脊型谐振腔中注入了100 kW的脉冲峰值功率。     

Measurement of the Beam Position in the Extraction System of the ILU-10 Linear Electron Accelerator

A system for measuring beam position for a ILU-10 pulsed linear electron accelerator is described. The accelerator generates an electron beam with energy up to 5 MeV. The rf generator operates at 115 MHz in the pulsed mode with pulse duration of about 500 sec and pulse repetition frequency up to 50 Hz. The average beam power can reach 60 kW. Two electrostatic sensors (pickups) are used to measure the position of the beam. The principle of operation of the measurement apparatus is based on homodyne detection of the signals from the pickups. The second harmonic of the frequency of the accelerating voltage of the accelerator power supply (230 MHz) is chosen as the working frequency. The detected signal is fed from each pickup plate into an integrator and then a ADC. The beam position is calculated on a computer. The resulting error in the beam coordinates is about 0.5 mm with a 110 mm in diameter position sensor.     

可批量化生产的行波加速管的设计

盘荷波导行波电子直线加速器在医疗、工业辐照及安检等领域均有广泛的应用,加速器核心部件加速管的工程造价及生产效率对其工业推广具有重要的影响。为降低加速管加工成本、缩短加工周期,在盘荷波导的基础上改进了加速腔结构,发展了内阶梯加速腔。利用三维电磁场模拟软件CST(Computer Simulation Technology)计算了这种腔型的微波参数,同时对其结构进行优化。结果表明,内阶梯加速腔结构具有和盘荷波导一致的微波参数,而且能够实现精确调频。结合冷挤压工艺对内阶梯加速腔进行加工,解决了目前加速管制造所面临的工程困难,使得加速管批量化生产成为可能。     

Basic information on new regulatory criteria requiring on-site emergency preparedness for accelerator facilities in Japan

For basic information on new regulatory criteria, the dose rate around a thick target bombarded by proton, electron, or carbon beam having incident energy of 10 MeV–50 GeV (per nucleon in case of carbon) was simulated using the PHITS Monte Carlo code. Based on this simulation, the benchmark which is ‘1 Sv/h at 1 m away from the beam line’ assuming 1% beam loss was evaluated, and compared with the criteria in France and Canada. Based on this evaluation, a new regulatory criteria has been established for requiring on-site emergency preparedness for accelerator facilities in Japan, which is required for the ion accelerator beyond the ion beam of 100 MeV/nucleon and 0.5 kW beam power, and the electron accelerator beyond the electron beam of 50 MeV energy and 1 kW beam power.     

14MeV医用同源双模中能电子直线加速管的研制

医用同源双模中能电子直线加速管是影像引导放射治疗技术(Image Guide Radiation Therapy,IGRT)中的核心部件,为确保放射治疗直线加速器能够提供稳定和高品质的成像射束、双光子模式治疗射束以及多档电子射束,上海联影医疗科技有限公司研制了基于一种新型的能量开关技术的14 Me V医用双模驻波加速管。采用束流动力学程序Parmela对加速管整管的横向聚焦和纵向聚束进行了动力学设计分析,为优化加速管腔体几何结构提供了指标要求,最终利用电磁场仿真软件Superfish及CST(Computer Simulation Technology)优化腔体结构设计并得到了最优的微波参数。模拟计算结果表明,该加速管总长1.3 m,采用边耦合双周期?/2驻波结构,工作频率2.998 GHz,其输出束流能量可以实现多档可调,成像模式可输出低于3 MV的光子,治疗束可输出具有6 MV和10 MV两档的光子及4档能量电子束(最高能量可达14 Me V)。完成加工后,冷测结果与设计值符合得比较好,下一步将进行高功率微波老练。     

用于2 GeV固定场交变梯度质子加速器的高品质因数、高分路阻抗波导型高频腔设计

在核工业、民用及基础研究领域，高能强流质子加速器有着十分广泛而重要的应用，中国原子能科学研究院提出了1台2 GeV连续波固定场交变梯度质子加速器的解决方案。在该方案中，工作在44.4 MHz的大功率高品质因数、高分路阻抗波导型高频腔研制极其重要。本文首先对工作在44.4 MHz的矩形、欧米伽形、跑道形及船形等4种形状的波导型高频腔进行了模拟计算研究，经比较发现，船形高频腔具有最高的品质因数和分路阻抗，是2 GeV连续波固定场交变梯度质子加速器的较好选择。在此基础上，为掌握船形高频腔的实际加工工艺，同时利用现有230 MeV超导回旋加速器的功率源设备开展高功率实验研究，设计了71.26 MHz的缩比例船形高频腔样机。     

Design study on an accelerator-based facility for BNCT and low energy neutron source

We have challenged to reduce an accelerator beam power for an accelerator-based BNCT facility. The required neutron source strength at the target has been estimated so as to make the epithermal neutron flux in the patient irradiation field exceed 1.7 × 10⁹ n/cm²s. The energy of the incident proton and the arrangement of the moderator assemblies are optimized. The beam current and the accelerating voltage are determined so that the accelerator power becomes minimum. The beam power required for the treatment in one hour is 62.5 kW. The proposed facility is equipped with a 2.5 MeV proton accelerator of 25 mA. a lithium target, and a heavy water moderator contained in an aluminum tank.     

加速器驱动次临界核能系统高功率质子直线加速器概念研究(英文)

加速器驱动次临界核能系统(ADS)是下一代能源的首选方向。它能有效地利用铀和钍资源,嬗变长寿命高放射性废物和提高核安全水平。ADS加速器应能提供几十兆瓦质子束。超导直线加速器(SCL)效率高,束流损失少,是ADS加速器的最佳选择。作者介绍的ADD加速器由5 MV射频四极加速器,100 MV独立调相超导腔加速器和1 GV椭圆超导腔加速器组成。确定了加速结构和主要参数,考虑了研究和发展计划。     

15 MeV电子束驱动中子源靶站模拟分析

电子轰击金属靶产生的中子源,可用于核素反应截面测量实验。为利用7.5 kW、15 MeV电子加速器作为驱动加速器,产生适用于核数据测量实验的中子源,相应开展了该功率下的中子靶站设计。研究中,依据蒙特卡罗程序MCNPX模拟计算的中子源数据,分析优化靶站结构;计算得到靶体能量沉积,导入商用CFD软件CFX中作为热源,模拟分析靶体对流传热性质,优化冷却通道模型,安全实现中子靶站冷却。本研究模拟设计的靶站,能产生强度为10¹²s^-1量级的中子源。     

Technological Electron Accelerator with Beam Power up to 25 kW

A technological electron accelerator with beam power up to 25 kW is described. Cost and reliability criteria are used to justify the choice of microwave power supply and accelerator structure. The high average beam power and low cost of the setup put it on par with best foreign analogues. The high readiness factor and large decrease of the scheduled preventative maintenance time make it possible to use the accelerator as a multipurpose source of ionizing radiation in industrial radiation-technological processes and in scientific research.