10 CYCIAE-100 MeV回旋加速器机械工程介绍

CYCIAE-100MeV回旋加速器非标机械结构主要包括离子源、轴向注入、中心区、高频腔体、频率自动微调、高频功率馈入、剥离靶引出、磁场调谐系统、对中线圈、径向束流探针、真空系统、相位探测系统、磁场测量系统、主线圈、束流诊断系统、束流调试靶、质子管道及传输元件、举升系统、运输安装与调节系统等。     

CYCIAE-100 MeV回旋加速器机械工程介绍

CYCIAE-100MeV回旋加速器非标机械结构主要包括离子源、轴向注入、中心区、高频腔体、频率自动微调、高频功率馈入、剥离靶引出、磁场调谐系统、对中线圈、径向束流探针、真空系统、相位探测系统、磁场测量系统、主线圈、束流诊断系统、束流调试靶、质子管道及传输元件、举升系统、运输安装与调节系统等。初步机械工程设计工作涉及到回旋加速器研制的各个方面,包括各系统为实现其功能所进行的结构设计、工艺设计、相关专业调研、加工方法、厂家选择、技术交流、采购、监造、分系统安装、分系统调试、验收、整体安装、整机调试、检修、运…     

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。     

回旋加速器束流的能散度

本文讨论了回旋加速器主要参数对束流能散度的影响,给出了各种情况下能散度的公式。应用这些公式,可以给出在一定的能散度的要求下回旋加速器主要参数的公差,其中包括平均磁场偏离于等时场的公差。     

紧凑型回旋加速器中一种等时性磁场垫补算法

结合中国原子能科学研究院100 MeV回旋加速器中心区实验台架主磁铁镶条的垫补,发展了一种改进的多元线性回归磁场垫补算法.基于磁场测量系统实测的实验台架中心平面上的磁场分布以及有限元软件模拟数值计算的磁场,实现了这种改进的多元线性回归磁场垫补算法.该算法可适用于紧凑型回旋加速器中等时性磁场的垫补,以使所垫补的磁场满足回旋加速器束流动力学设计的要求.     

回旋加速器螺旋型静电偏转板光学特性研究

在回旋加速器的轴向注入系统中，偏转板是关键部件，要求它能在很小的空间范围内使束流由垂直方向偏转到回旋加速器的中心平面上，并且使束流的位置、动量和相位能与回旋加速器的中心区匹配。因此，我们用程序CASINO对螺旋型静电偏转板的光学特性作了研究。     

100MeV回旋加速器中心区实验台架的调试

100MeV回旋加速器中心区实验台架工作在2007年取得了重要进展。所有设备已安装、调试完毕，通过分系统和联机调试，从离子源到注入偏转板出口的束流传输效率达到了75％，内靶已出束，取得了初步的实验成果。此实验台架的建成为100MeV强流回旋加速器的磁场、高频、注入、引出、中心区、控制、束流测量等系统的结构设计及束流动力学的验证提供了一个完整的实验平台。中心区实验台架装置示于图1。     

100MeV强流回旋加速器径向靶的研制

在100MeV强流回旋加速器调试过程中,需对束流在加速器内的轴向和径向参数进行测量。径向靶系统是束流诊断系统中用于获取上述参数的主要部件,本文研制了3套阻挡式径向靶系统,并安装到加速器主体,获得了束流在连续加速过程中的轴向和径向分布,为加速器运行提供了相应束流参数,并为后续加速器升级工作提供了必要的条件。     

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。     

CYC1AE-100主磁铁举升系统方案设计

主磁铁举升系统是100MeV回旋加速器的重要设备之一，在100MeV回旋加速器的安装、磁场测量、真空检漏、束流调试、检修维护等过程中，举升系统具有重要作用。目前国际上的大型紧’凑型回旋加速器主要采用两种类型的举升装置，一类是采用螺旋丝杠升降装置，如加拿大TRIUMF、意大利LNS、瑞士PSI的回旋加速器等，另一类是采用液压举升装置，如比利时IBA的235MeV质子回旋加速器。CYCIAE一100的举升系统参数为：设计举升重量180t，举升高度1500mm。     

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     

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500 μA以上的质子束流。经调试,该束流线可传输最高流强520 μA的质子束流。     

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。     

CYCIAE-100中心平面的Br对束流发射度的影响计算

在回旋加速器中，如果磁极的镜像对称被破坏，将在加速器的中心平面上产生一水平分量的场Br，在粒子相应轴向共振的作用下，这样的场将使中心粒子的运动偏离中心平面，进而使束流发射度发生变化。在回旋加速器中粒子由于径向磁场作用偏离中心平面运动的方程可表示为：     

CYCIAE-100引出束流色散效应的研究

CYCIAE-100是一台紧凑式回旋加速器，加速负氢粒子束，引出方式为双向剥离引出。在回旋加速器内部的加速平衡轨道上，由于磁场的对称性，束流是消色差的。加速的H^-束流经过剥离膜剥离转换成质子后，将沿着引出轨道而被引出。由于磁场的非对称性和边缘场的存在，将会给引出的质子束流引入色散，造成水平的横向发射度增长。     

回旋加速器制备89Zr及其纯化和标记研究

为了获得高质量⁸⁹Zr核素用于核医学显像,利用HM-20S型回旋加速器辐照⁸⁹Y靶制备⁸⁹Zr,对核反应激发函数进行了计算,设计了靶系统并制备靶片通过回旋加速器辐照制备⁸⁹Zr,对靶片放化分离方法和⁸⁹Zr标记工艺进行了研究。结果表明,回旋加速器制备⁸⁹Zr最佳束流能量为9～13.5 MeV,其中在13.5 MeV能量处获得最大反应截面。回旋加速器束流引出为14 MeV,经真空膜和靶膜衰减后剩余能量约为12.86 MeV,束流在⁸⁹Y靶中呈高斯分布,射程约为0.821 mm。⁸⁹Y靶片经15μA束流辐照1.50～3.33 h,得到轰击结束时⁸⁹Zr活度为22.20～85.45 mCi,产额约为36.51～63.30 MBq/(μA·h)。采用UTEVA树脂从辐照后的靶片中分离⁸⁹Zr,⁸⁹Zr回收率为86.27%,Y(Ⅲ)去除率为99.80%。     

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     

~(18)F液体靶系统设计实验研究

<正>~(18)F液体靶是医用小型回旋加速器的主要设备之一,用来生产放射性核素~(18)F,该核素可应用于核医学肿瘤、心脑血管疾病早期医疗诊断领域。放射性核素~(18)F是由回旋加速器产生一定能量的质子轰击液体靶中的~(18) O水获得的,即核反应~(18) O(p,n)~(18)F产生~(18)F~-离子。在~(18)F液体靶系统中,质子束流从回旋加速器真空室引出后经过束流管道、限束法     

100MeV回旋加速器中心区结构设计

中国原子能科学研究院建成了100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器,其引出能量为75~100 MeV,流强为200μA。安装在回旋加速器狭小磁极气隙的中心区与螺旋静电偏转板是关键部件,其结构设计涉及磁场、高频电场、高压静电场、真空、传热等方面。本文介绍了中心区与螺旋静电偏转板的结构设计及使用情况。在设计过程中,采取加大绝缘距离、优化高频连接结构、增加杂散束流阻拦装置等措施,解决了中心区与螺旋静电偏转板在强流注入时可靠工作的问题。本文对螺旋偏转板进行了传热分析,得出了该螺旋偏转板在强流束注入时的温度分布。设计的中心区和螺旋偏转板已安装在加速器上,20μA/100 MeV的引出束流通过了12h稳定性测试,在加速器测试过程中,中心区工作稳定可靠。     

14 MeV医用小型回旋加速器磁场测量

<正>为满足恶性肿瘤、心脑血管等医疗行业重大疾病早期诊断的需求,回旋加速器研究设计中心正研制一台用于硼中子治疗(BNCT)的14 MeV医用回旋加速器。加速器主磁铁采用紧凑型结构,选择4叶片直边扇形磁极,引出束流强度为1mA,针对BNCT医用小型回旋加速器结构特点,采用一套全自动化的磁场测量系统对其进行磁场测量与垫补。