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。     

大圆弧面的刨削

防磁不锈钢电极,几何形状较为复杂,光洁度要求较高,特别是电极的圆弧面半径较大,R1100～2800毫米,这给加工带来了困难,我们现有车床满足不了要求。电极又是易耗零件,需要量较多。经研究讨论,设计制造了一台装在刨床上的刨圆弧工作胎(见图1),解决了大直径曲面加工困难,为完成该电极加工任务创造了条件。刨圆弧工作胎     

15 100MeV强流质子回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁设计

加速器引出束流分布一般都是高斯分布，而在很多束流应用中都需要均匀分布的束流，为此目的设计了旋转扫描磁铁。旋转扫描磁铁形成一垂直于束流传输轴向均匀旋转磁场，在该磁场作用下，通过旋转扫描磁铁的束流也会随磁场的旋转而旋转，从而提高束流的均匀度。其旋转过程如图1所示。     

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。     

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。     

CYCIAE-100的直流流强监测器研制及实验验证

100 MeV强流质子回旋加速器（CYCIAE-100）加速H^-,引出质子束能量为75~100 MeV、最大束流强度为200 μA。为对束流输运线上的质子束流强度进行无阻挡实时监测,选择了直流流强监测器（DCCT）,其在设计上考虑了空间限制、杂散磁场和外部高频干扰信号等因素对探头的影响。探头外采用了三重磁屏蔽设计,磁屏蔽外为1层黄铜的电屏蔽。采用了绝缘垫圈隔断束流输运线的直流导电性,束流输运线管壁通有冷却水以保证探头温度稳定。在绝缘垫圈处增加电容以满足探头对电容值的要求。采用高精度PLC-AI模块对DCCT的输出电压进行了读取。通过模拟束流的实验验证表明,DCCT设计合理可行,测量结果的线性度、误差等指标符合设计要求。     

15-20mA负氢离子源调试进展

离子源是所有加速器中的最关键部件之一,因离子源能够达到的水平在许多方面限制着整个加速器所能达到的指标。为提高束流流强、改善束流品质,中国原子能科学研究院申请了关于离子源的一个科研项目,该项目在中国原子能科学研究院原有10mA离子源基础上建立负氢离子源,实现束流流强15~20mA。     

磁轭上剥离靶安装孔对磁场影响的模拟计算

根据CYCIAE一100束流剥离靶系统要求：在主磁铁的磁轭上开两个φ30mm的孔用于安装束流剥离靶，孔的角度位置分别为59．4°和239．4°，偏离加速器中心9．6°的位置处。根据磁路定理，磁轭上开孔将影响磁极中心平面的磁场分布。考虑到主磁铁中心平面磁场的对称性，现有下列3种方案可供考虑：1）按照剥离靶系统的要求，分别在59．4°和239．4°的位置处各开1个孔.     

100MeV强流质子回旋加速器中心区轴向接收度的三种计算方法及比较

中心区的设计中束流发射度的匹配非常重要，因束流匹配将直接影响其在机器内加速过程中的损失情况及引出束流的品质。加速器中心区的聚焦与相位相关，即依赖于相位。因此，要求束流在加速器内的轴向包络最小化的初始发射度是相位的函数。计算中心区的接收度为轴向注入线和偏转板的设计提供匹配条件。对CYCIAE-100回旋加速器的中心区进行轴向接收度的计算研究，分别采用数值和半解析的方法，并对这三种方法进行比较。     

2 100MeV回旋加速器的磁铁设计和建造准备

由于高频谐振腔、对中线圈和束流诊断装置的安装需要，要求磁极的间隙增加约1cm，显然在中心区和加速区的磁场分布都将改变，因此，为满足加速器的束流动力学的需要，必须在改变励磁安匝数的同时，重新设计磁极的间隙、镶条、芯柱等磁铁参数。在2005年，除了设计确定磁铁的几何参数、磁场分布外，许多工程方面的工作得到了推进，其中包括机械结构设计和建造的前期准备工作。