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。     

实验低温冷板排气装置的设计

正在研制的100MeV紧凑型回旋加速器要求主真空的真空度为5×10^-6Pa,其主真空泵的抽速要求为140000L／s,为此需采用低温冷板排气系统。为了熟悉低温技术和模拟低温冷板排气系统,特设计和研制了实验低温冷板排气装置。     

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     

紧凑型强流回旋加速器CYCIAE-100高频腔Dee板水冷系统设计

作为紧凑型强流回旋加速器CYCIAE-100，为了维持安装在相对两个谷区内的1对高频腔能够提供60kV（中心区）约120kV（引出区）的加速电压，要求馈入的功率较高，腔体水冷的难度大，因此，需要对水冷系统进行详细的设计，本文以高频腔Dee板的水冷系统的设计和优化为例进行说明。     

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。     

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     

用于放射性核束设施驱动加速器的100 MeV强流质子回旋加速器

北京放射性核束装置(BRIF)于2004年已在中国原子能科学研究院正式启动。该装置将提供强流质子束和放射性核束(RIB)用于基础和应用研究,如中子物理、核结构、材料科学与生命科学、医用同位素生产等。在该工程中,100MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)被选为驱动加速器,它提供能量为75～100MeV、流强为200μA的质子束。2005年100MeV回旋加速器各系统的初步设计,包括束流动力学、磁铁、高频等都已完成。与回旋加速器设计相关的实验验证工作也已深入展开。选择紧凑型磁铁结构,采用加速H-、剥离引出的技术路线,将使得加速器体积小、造价…     

强流回旋加速器综合实验装置的剥离引出实验

CYCIAE一100中心区试验台架为中国原子能科学研究院串列升级技术部建成的1台10MeV紧凑型强流回旋加速器,加速H-离子,剥离引出质子束。目前,该加速器正在进行束流调试工作。在束流调试阶段,安装了剥离膜,进行了束流的引出调试实验。     

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.     

低能电子辐照对环氧树脂性能的影响

为了研究低能电子辐照对环氧树脂的体积电阻率、邵氏硬度、拉伸强度和官能团结构的影响,本文在电子辐照能量为30 keV,注量率1×10¹¹ cm^-2•s^-1,总注量为1.6×10¹⁴ cm^-2,真空度10^-6 Pa条件下,结合国家标准对辐照前、后环氧树脂材料的机械性能和结构进行表征。结果表明,辐照后环氧树脂材料的体积电阻率、邵氏硬度、拉伸强度等宏观物理性能均有下降。傅里叶红外光谱图显示环氧树脂主要官能团强度降低,产生的•H、•OH等自由基与聚合物分子上的羟基与氢结合。研究结果对环氧树脂材料在辐射环境中的使用具有重要意义。     

CYCIAE-100回旋加速器低温冷板参数的蒙特卡罗模拟

基于气体分子运动理论建立了气体分子与低温冷板的碰撞模型,用蒙特卡罗方法模拟了放置在CYCIAE-100回旋加速器主磁铁谷区的低温冷板粘附概率、传输概率等参数,并计算其捕获系数。根据模拟计算结果设计加工了低温冷板及其性能测试罩,对低温冷板的抽速性能进行测试。抽速测试结果表明,用蒙特卡罗方法模拟的低温冷板参数与测试结果符合较好,相对误差为2%。     

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。     

CYCIAE-100回旋加速器射频低电平系统嵌入式IOC设计

为对CYCIAE-100回旋加速器射频系统进行远程监测与控制,实现与CYCIAE-100回旋加速器主控制系统的联锁,研制了一种基于ARM9系列处理器的嵌入式IOC。该嵌入式IOC运行Linux操作系统,使用EPICS建立了IOC作为控制软件。通过软、硬件协同设计,扩展了ARM9系列处理器的SPI从设备数量,开发了ADC和DAC设备的Linux驱动程序和EPICS设备驱动程序。使用Python语言开发了EPICS串口设备支持程序。经过长期运行考验,该嵌入式IOC稳定可靠,满足远程监测和控制的需求。     

含氚气体中氚分压BIX在线测量方法研究

建立了一种聚变堆氘氚燃料循环系统燃料气及工艺气等含氚混合气体中氚分压在线快速测量方法,该方法通过测量氚衰变产生的β射线与材料相互作用发射的轫致X射线（BIX）,利用轫致X射线的计数率与含氚气体氚分压的标定关系曲线,实现含氚气体中氚分压（活度浓度）的实时测量。该方法中的轫致X射线是通过β射线与表面喷金的铍窗材料作用而产生的,X射线的测量采用NaI(Tl)探测器。研究过程中建立了轫致X射线计数率与氚分压的标定关系曲线,对于纯氚气体,氚压测量范围为1 Pa~10 kPa（氚活度浓度为10¹²~10¹⁵ Bq/m³）时,计数率（C）与氚压（p）的标定曲线为C=5.01×10⁴（1-e^-4.55×10-5p）,其指数拟合相关系数为1.000 00。对于氚体积分数为1%的氚-氦混合气体,氚分压测量范围为1~100 Pa（氚活度浓度为10¹¹~10¹⁴ Bq/m³）时,计数率与氚分压的标定曲线为C=5.24×10²(1-e^-4.69×10-3p),其指数拟合相关系数为0.998 60。对于氚体积分数为1%的氚 氢混合气体,氚分压测量范围为1~100 Pa（10¹¹~10¹⁴ Bq/m³）时,计数率与氚分压的标定曲线为C=5.18×10²(1-e^-4.61×10-3p),其指数拟合相关系数为0.999 53。利用以上标定曲线,对任意氚分压的含氚混合气体进行验证测量,结果表明,该方法测量精度较高、响应速度快、测量稳定性好,在氚测量技术中是一种很有前景的方法。     

CSRm Ultra-High Vacuum System

The new accelerator project （ HIRFL-CSR ） constructed at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou （HIRFL） is approaching completion. It is a multipurpose cooler-storage-ring system, consisting of a maim ring （CSRm）, an experimental ring （CSRe） and two transfer beam lines. The UHV system of CSRm is the most representative subsystem in the project. To minimize the beam loss due to charge exchange of the heavy ions with the residual gas molecules, the pressure of the CSRm vacuum system should reach 3.5 × 10^-9 Pa （N2 equivalent） and the pressure of 8 × 10^-10 Pa is expected for very heavy ion such as uranium to make its lifetime longer than 50 s in the ring. Now, the vacuum system of CSRm has been completed and a pressure less than 5 × 10^-10 Pa has been obtained. In this paper the layout of the CSRm vacuum system, the vacuum equipment in CSRm, the treatment method for the CSRm vacuum chambers, and the installation and operation of the system will be reported.     

Investigation for the vertical focusing enhancement of compact cyclotron by asymmetrical shimming bar

CYCIAE-100, a 100 MeV H⁻ cyclotron under construction at China Institute of Atomic Energy (CIAE), is an AVF compact cyclotron. With energy above 70 MeV, the straight-edge sector magnet, instead of the spiral one normally used for AVF cyclotrons in this case, is still used to simplify the engineering procedures. The vertical focusing is likely not strong enough at the outer region and the Walkinshaw resonance may occur, if either the permeability decreasing tolerance in large scale pure iron castings and forgings, or the fabrication tolerance during the magnet construction, are seriously excessive. Theoretical investigation and numerical simulation results presented in this paper show that this kind of risk could be avoided by using a set of specially designed asymmetrical shimming bars between the pole edge and dummy Dee of the RF cavity at the outer region. In this way, the vertical focusing at outer radius region will increase substantially. This investigation provides a protective measure for the main magnet construction of CYCIAE-100.     

Vacuum System for HL-2A Tokamak

The vacuum system for HL-2A was built in 2003. The test results indicated that this system is feasible. It consists of three main parts: a pumping system, a pumping divertor and a glow discharge cleaning (GDC) system. For the pumping system, there are three main functions: (1) evacuating the vacuum vessel thus to produce an ultra high vacuum, (2) removal of impurities released during baking and (3) pumping during GDC. The pumping divertor controls the particles at the plasma edge and the GDC system provides a clean wall conditioning. During the first campaign of physical trial experiment on HL-2A, the ultimate pressure reached 4.6 × 10-6 Pa, and the total leakage and outgassing rate in 12 hours was 1.8 × 10-5 Pa·m3/s, which is close to that of ASDEX.     

Numerical Simulation of Main Magnet Electromagnetic Force and Deformation for CYCIAE-100 Project

The achievement of magnetic field plays a crucial part in the design of CYCIAE-100 cyclotron, which is assumed to satisfy various beam dynamics requirements. In the compact cyclotron, magnet deformation caused by gravity, electromagnetic force and atmospheric pressure, impacts the distribution of the field on the middle plane and the space nearby. If the deformation caused by gravity and electromagnetic force is small enough, the field change can be compensated in the field mapping and shimming phase. Otherwise,     

Design of the reflection magnet and its shielding effect analysis for the neutral beam injector of EAST

In this paper,a reflection magnet to be installed in the EAST neutral beam injection system is simulated and designed.The field intensity of reflection magnet of 42-cm maximum bending radius is about 1.539×10-1 T for 100 keV deuterium beam.The shielding cage is formed by rods.Using the ANSOFT software,the magnetic shielding effect was estimated at about 3% at the magnet pole region.