10mV／20kW加速管的研制

用于10MeV／20kW辐照加速器的高俘获效率的加速管的研制。在本设计中采用等梯度加速结构,相速沿加速管呈线性增加,通过调整相速变化规律和加速腔体的各个尺寸参数,得到俘获效率为90％的设计方案。使用HFSS对输入耦合器、输出耦合器进行优化设计。     

10 MeV行波加速管研制

正用于电子束辐照的10 MeV电子直线加速器一般采用盘荷波导行波加速管,其结构简单、稳定性好,加之电子束辐照对束流品质的要求较为宽松,故一般在加速结构上不再单独设置预聚束段,而是在加速管的前几个腔采用变相速设计来控制加速相位,提高纵向的俘获和加速效率。本文介绍了1支10MeV行波加速管的研制,主要设计参数列于表1。加速管的研制主要有3个过程,物理设计、机械设计与加工、测量调谐。该加速管使用SUPERFISH结合PARMELA完成物理设计,加速腔体采用碗型结构(或称杯型     

17 高俘获效率电子直线加速器的设计研究

加速管是加速器设计的核心部分。常规设计加速器的俘获效率只能达50％左右，1/2的电子都损失在加速管内，丢失的电子会轰击加速管管壁，产生轫致辐射、腔体发热量增加、真空变坏等许多负面影响。采用等梯度加速结构，相速沿加速管呈线性增加，调整相速变化规律及加速管腔体的尺寸参数，设计的加速管最终俘获效率提高到90％以上，同时平均加速梯度没有因此降低，加速管总长度未增加。     

高俘获效率电子直线加速器的设计研究

加速管是加速器设计的核心部分。常规设计加速器的俘获效率只能达50%左右,1/2的电子都损失在加速管内,丢失的电子会轰击加速管管壁,产生轫致辐射、腔体发热量增加、真空变坏等许多负面影响。采用等梯度加速结构,相速沿加速管呈线性增加,调整相速变化规律及加速管腔体的尺寸参数     

中国散裂中子源漂移管直线加速器研制进展

漂移管直线加速器(DTL)是中国散裂中子源(CSNS)直线加速器的主要部分,负责将脉冲流强为15mA的负氢离子从3 MeV加速到80 MeV,再注入到快循环同步加速器(RCS)中实现进一步加速。CSNS DTL由4节长度约9m的RF腔体组成,单节RF腔体由1台3MW的速调管提供功率。每节腔体又分为3段长约3m的机械腔体以便于加工和安装。DTL腔体和漂移管的研制是整个CSNS直线加速器的关键。本文介绍了CSNS DTL研制过程,包括国内首次在强流质子加速器RF腔内表面进行高导无氧铜电镀、新型磁铁线圈的研制、小孔径磁铁的高精度测量等。加工及测试结果均满足CSNS的设计要求。     

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。     

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。     

小型脊形腔的输入耦合器设计

正脊形加速腔由一个圆柱形腔体和两块板型电极组成,通过在腔体内建立TE110模式的电磁场,束流在通过电极间隙时可以得到加速。为研制100 MHz的脊形加速器,先设计加工了一个小型脊形腔,以开展腔体相关工艺的研究。为给大腔输入耦合器的研制提供参考,本工作先对小型脊形腔开展了输入耦合器的研究工作。     

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。     

MHz 异形回旋加速器高频腔体计算与模型测量结果比较

用基于有限元法的软件ANSYS完成了70 MHz异形回旋加速器高频腔体的初步设计,根据初步设计的结果,加工了与实际腔体尺寸1﹕1的模型。模型高频参数测量结果表明,ANSYS的计算结果是可信的。 1 内杆长度固定,不同电容片间距下的模型腔体频率测量结果与计算结果比较 内杆长度为0.544     

漂移管直线加速器加速电场分布及稳定性调谐研究

漂移管直线加速器(DTL)加工和安装的误差会导致腔内加速电场分布偏离设计值。为了补偿该偏差,通常在腔内安装调谐装置。同时,在腔内引入耦合杆周期结构,通过调节耦合杆与漂移管之间的间隙,可提高DTL腔内加速电场的稳定性。本文基于高频谐振腔理论和小球拉线测量技术,搭建了一套高精度电场测量系统。结合仿真模拟和实验,实现了中国散裂中子源(CSNS)DTL的加速电场和稳定性调谐,使得腔内实际加速电场分布与设计值相对偏差小于2%,谐振频率和电场稳定性均达到设计指标。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

CSNS漂移管直线加速器隧道高精度准直方法及精度分析

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)漂移管加速器(Drift Tube Linac, DTL)是CSNS直线加速器段的末端,其准直精度直接关系到直线加速器的最终性能。由于其长度长、腔体和腔内漂移管数量多,准直精度要求高,因此准直难度极大。针对该问题,通过外符合全面测量对漂移管预准直后的精度进行检核,可知漂移管中心孔和端面的测量值在DTL腔的预准直精度达到±0.035mm;采用大跨度、全覆盖的全面测量方法及平差在CSNS中的应用,实现直线隧道±0.03 mm和环隧道±0.04 mm的相对测量精度。提出了基于加速器准直的平滑计算及调整方法,实现DTL腔间的平滑调整,获得腔体±0.08 mm的隧道相对准直精度,漂移管±0.03 mm的腔内相对准直精度。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

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。     

HSC加速器的初步大功率加速实验

混合单腔(HSC)型直线加速器是将一段4杆型射频四极(RFQ)加速结构和一段交叉指(IH)型漂移管(DT)加速结构混合到一个IH型腔里,利用IH型腔体具有的低功耗加速梯度高的优点,使得整个IH型混合腔的加速功率效率较其他加速结构腔体的更高。本文进行了低功率测试和初步大功率C6+加速实验。结果显示低功率测试结果与计算结果吻合较好,初步的大功率测试结果表明HSC加速器能满足下一步的高功率实验。     

脊形谐振腔调谐装置的设计

正脊形谐振腔是单腔循环加速器的一种谐振腔,通过将高频电压加在腔体上形成粒子加速电场,以实现对粒子循环的加速。加速器运行时,谐振腔体会热变形或腔体的机械振动等因素会造成腔体失谐,从而引起腔体电压下降及高频电压的相位漂移。为防止这种相位偏移现象的发生,需设计一种脊形腔自动调谐装置以实现对谐振腔频率的自动调节,脊形谐振腔自动调谐的工作原理如图1所示,谐振腔的自动调谐通过比较腔体谐振电压与末极电子管栅电压之间相位差,经模数转换后由控制电路调整调频装置前端的调谐柱在     

X波段盘荷波导加速结构的模拟计算与实验测试

介绍了Ｘ波段盘荷波导行波加速结构研究的部分计算结果。给出了ＲＦ频率为９．３７ＧＨｚ的Ｘ波段盘荷波导行波加速结构物理设计参数。研究了Ｘ波段盘荷波导的特征尺寸的微小变化与加速结构基于物理参数的关系。加工出一些模型腔，利用网络分析仪对其微波参数和测试条件的影响进行了测量分析。     

230 MeV超导回旋加速器高频腔体的研制

中国原子能科学研究院目前正在研制一台用于质子治疗的230 MeV超导回旋加速器。本文设计用于230 MeV超导回旋加速器的高频腔体,其采用螺旋结构,由4个腔体组成,高频系统采用二次谐波加速,高频腔体工作频率约71.25 MHz。4个半波长的电容加载型谐振腔工作于Push-Pull模式,其中两个腔体在中心平面直连,另外两个腔体在中心区下方使用过桥连接,两组腔体之间存在电容耦合,相差180°。在腔体的设计过程中,采用计算机对4腔体进行联合仿真,经优化后,腔体加速电压分布在中心区部分的为75 kV,大半径部分的提升至110 kV,腔体的无载品质因数仿真结果约8 800。为保证腔体的高频性能,腔体主体材料采用无氧铜材料,其加工难度在于上、下外壳需分别焊接成一个整体,同时要控制其形变量。目前,腔体已完成加工,单个腔体的无载品质因数的测试表明,腔体的无载品质因数均好于7 000,满足要求。     

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。