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。     

强流回旋加速器综合实验装置调试进展

强流回旋加速器综合实验装置是中国原子能科学研究院串列加速器升级工程的重要设计验证项目,设计能量为10MeV,它包括1台小型回旋加速器的全套设备,具备其全部功能。它作为一综合试验平台,对100MeV强流回旋加速器的理论设计进行工程可行性验证,同时用于强流回旋加速器的新型工艺研究和设备检测。     

10MeV强流回旋加速器的束流调试

10MeV强流回旋加速器在中国原子能科学研究院研制成功,并取得了先进的束流指标。它是国内自主研发的首台紧凑型强流回旋加速器,具有多项技术特点。在其建造、调试过程中解决了诸多技术问题,作为一个回旋加速器综合实验装置,它不但为在建的100MeV回旋加速器提供了设计验证手段,而且也是强流回旋加速器关键部件的综合实验平台。它的建造成功,为小型回旋加速器的国产化提供了技术保证,为推广加速器在我国核医学领域的应用创造了条件。本文将重点介绍它的调试过程、解决的关键问题及调试结果。     

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。     

70MHz异形回旋加速器高频腔体的设计计算

在某些紧凑型的回旋加速器设计中,由于空间的限制等因素,对谐振腔的设计提出了更高的要求。本工作研究具有普遍意义的70 MHz异形回旋加速器高频腔体设计方法,对强流回旋加速器中心区模型和100 MeV回旋加速器的腔体设计有直接的参考价值。     

100 MeV强流回旋加速器中残留气体引起的束流损失研究

在回旋加速器加速负氢离子的过程中,由于磁场的洛伦兹力剥离以及真空条件引起的束流损失,是制约加速器最终束流强度的关键因素。束流损失除了导致引出流强降低外,在强流情况下更严重的是加速器内部放射性剂量的增加,给机器的运行维修带来困难,同时,损失的束流轰击加速器内部的某些部件,将导致机器的稳定运行问题。对回旋加速器中残留气体引起的束流损失的机理研究,在理论上解决强流负氢回旋加速器中残留气体引起的束流损失问题,从而对回旋加速器的真     

100MeV回旋加速器强流负氢束轴向注入系统数值模拟研究

串列加速器升级工程中的100 MeV紧凑型回旋加速器,设计用于产生强流质子束,在这样的紧凑型机器中,高亮度离子源和高效率注入系统成为产生强流束的瓶颈问题之一。从我们的30 MeV回旋加速器的运行经验可知,ES(静电透镜和螺线管透镜)注入系统能够有效地控制注入过程中的束包络。然     

100 MeV紧凑型回旋加速器中洛伦兹剥离引起的束流损失

TRIUMF的加速器设施ISAC成功地展示了基于ISOL方法的放射性核束装置的驱动加速器,强流H回旋加速器是一个非常合理的选择。因此,中国原子能科学研究院根据自身的技术特点和国防核技术需求背景分析,建议研制一台75～100 MeV、200～500μA H~-回旋加速器做为驱动加速器,建设北京串列加速器升级工程,这将是一个由多台加速器灵活组合而成的、包括放射性核束靶站的多用途核科学研究设施。     

强流负氢离子源及轴向注入系统的研制

强流负氢离子源及轴向注入系统的研制!回旋加速器研究室@李振国     

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。     

Overall design of CYCIAE-14, a 14 MeV PET cyclotron

Based on a 10 MeV CRM cyclotron developed at China Institute of Atomic Energy (CIAE) with an achieved beam intensity of up to 430 μA, a 14 MeV high intensity compact cyclotron, CYCIAE-14, was designed and being built at CIAE. It is planned that the first machine would be in place with a span of 2 years. CYCIAE-14 is delicately designed to realize strong vertical focusing by adopting a 4-sector, variable hill-gap structure with an external ion source to achieve high intensity. A special design applied to the stripping extraction gives access to dual extraction with four beams. The adoption of sophisticated industrial technology will give the cyclotron advantages, e.g. low power consumption and high reliability. This paper is aimed to present the overall design of the machine, including the basic technical specifications, main magnet and coils, RF, ion source and axial injection, and stripping extraction, etc. It will also give an introduction to its construction schedule as well as the up-to-date progress.     

Conceptual design of an 800 MeV high power proton driver

This paper outlines the conceptual design work of a high power proton cyclotron proposed by the China Institute of Atomic Energy (CIAE) for a spallation neutron source, accelerator driven systems, production of radioactive ion beams, and other applications. For this cyclotron the 100 MeV injection proton beam is currently considered to be provided by the CYCIAE-100 cyclotron, which is under construction at CIAE and will be later replaced by a dedicated injector for beam upgrading. In order to minimize beam losses for high intensity operation, large turn separation at the extraction has first priority. After analyzing of different scenarios, including super conducting designs, a warm magnet solution was chosen. The conceptual design, field calculations, RF cavity simulations, etc. will be presented in the paper.     

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。     

Physics design of a 70 MeV high intensity cyclotron, CYCIAE-70

This paper introduces the physics design of a 70 MeV high intensity cyclotron at China Institute of Atomic Energy (CIAE), which is aimed for multiple uses including radioactive ion-beam (RIB) production. The machine adopts a compact structure of four straight sectors, capable of accelerating two kinds of beams, i.e. H⁻ and D⁻ . The proton and deuteron beam will be extracted in dual opposite directions by charge exchange stripping devices. The energy of the extracted proton beam is in the range 35-70 MeV with an intensity up to 700 μA. The corresponding values for the deuteron beam are 18-33 MeV and 40 μA. This paper will present the main characteristics and parameters in the design of the 70 MeV cyclotron, the results of the basic beam dynamics study, as well as the physics in the design of the different systems, including the main magnet, RF, injection and extraction systems, etc.     

Upgrading Beam Line Design for CYCIAE-30 Medical Cyclotron

CYCIAE-30, the first high intensity medical cyclotron in China, is a compact cyclotron providing energy from 15-30 MeV. This machine is designed to accelerate H^- and extract protons in two directions.