强激光与粒子束
2022, 34(8): 084003
强激光与粒子束
2021, 33(3): 034005
为了研究医学系统中乳腺癌早期诊断的关键技术, 研制了一台用于准点X光源成像实验台架。该实验台架由脉冲触发器电源和脉冲X射线管组成, 其中脉冲触发器电源由Marx发生器、火花隙开关、电容分压器及输出段构成, 采用紧凑可移动化的设计; 脉冲X射线管利用冷阴极反射轰击阳极靶韧致辐射出X射线的机理, 该方法可有效提高辐射出X射线点源位置的重复率, 并且根据不同的驱动电压可调节阴阳极的材料及距离, 保证在脉冲X射线管输出X射线光子能量≥15 keV的情况下, X射线点源尺寸可以达到≤100 μm的设计指标。Simplorer模拟结果表明: 在脉冲X射线管阻抗为57 Ω时, 脉冲触发器输出指标为电压169 kV, 上升时间≤10 ns, 脉宽≤100 ns。
脉冲触发器 脉冲X射线管 光子能量 点源尺寸 pulsed power trigger pulsed X-ray tube photon energy point source 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(1): 160
中国原子能科学研究院 串列升级工程部, 北京 102413
以天光Ⅱ-A装置X-pinch负载腔为例, 采用包含场致发射、二次电子倍增模型的三维模拟软件OPAL, 对复杂结构中真空绝缘体沿面闪络的产生与发展阶段进行了模拟研究。模拟结果表明, 阳极产生的二次电子在平行于绝缘体表面的电场分量的作用下从阴极座向大半径的运动, 是导致沿面闪络的主要原因。并提出了阻断沿面闪络的方法及其原理。采用阻断沿面闪络的措施后, 后续多次X-pinch负载腔放电实验证明, 正常的回流电流增加了近20%, 真空绝缘体上的沿面闪络得到了抑制。
真空沿面闪络 场致发射 二次电子倍增 三维模拟研究 surface flashover field emission secondary emission 3D simulation 强激光与粒子束
2016, 28(9): 095004
为满足放射性核素生产及科研的需求，中国原子能科学研究院设计了一台可加速H-与D-离子，双向剥离引出最高能量为70 MeV的质子束或者35 MeV的D束的紧凑型回旋加速器及配套束流输运系统。设计要求靶上束斑直径40 mm，均匀度好于95%，靶后180 mm范围内束流包络变化小于±1%以提高放射性核素的生产效率、延长靶的使用寿命。为此设计了旋转扫描磁铁，利用周期旋转的垂直于束流方向的二极场使束流在靶上进行扫描以达到均匀化。在考虑了光学匹配过程中引出区主磁铁的边缘场以及引出开关磁铁带来的色散效应的基础上研究了粒子在靶上的分布，并使束流在靶上成腰。
束流线 高均匀度束斑 旋转扫描磁铁 靶上粒子分布 beam line high uniform beam spot wobbling magnet particle distribution on the target 强激光与粒子束
2013, 25(11): 3013
中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV, 200 μA的强流质子回旋加速器, 需要使用束流调试靶来调试加速器, 为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果; 通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较, 最终选用铝作为靶材料; 根据加速器引出束流能量和功率, 设计了分层式靶结构, 同时对靶进行了水冷计算; 打靶产生的出射粒子平均能量较高, 导致产生的辐射剂量很大, 考虑到对环境与工作人员的影响及费用, 需要对其进行局部屏蔽, 给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。
回旋加速器 束流输运线 束流调试靶 局部屏蔽 cyclotron beam transport line beam dump local shielding
中国原子能科学研究院 串列加速器升级工程部, 北京 102413
采用包含空间电荷效应的束流光学计算软件TRANSOPTR对CYCIAE100回旋加速器轴向注入线进行设计，在综合考虑空间布局、元件选择、真空度、空间电荷效应、轴向磁场和造价等问题后，最终确定了轴向注入线的聚焦结构。将数值跟踪获得的真实磁场下螺旋偏转板传的输矩阵编写到TRANSOPTR程序中，从而实现了从离子源出口至偏转板出口的束流光学匹配。介绍了CYCIAE100回旋加速器轴向注入线的设计思想、布局结构和束流光学计算结果，并给出了主要元件的设计结果。在确定中心区结构和对中轨道后，采用多粒子轨道跟踪的方法进行中心区束流匹配的研究，通过对数值模拟的结果进行椭圆拟合并结合解析公式计算得到注入点处匹配矩阵，为注入线的设计提供拟合条件。
轴向注入 束流匹配 中心区 回旋加速器 axial injection beam matching central region cyclotron
中国原子能科学研究院 串列加速器升级工程部， 北京 102413
介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题，如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术，包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中，为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极，为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题，采用变气隙技术，从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究，结果表明，CYCIAE-100的极限流强为10 mA。
束流动力学 束流诊断 空间电荷效应 径向探针 紧凑型回旋加速器 beam dynamics beam diagnosis space charge effect radial probe compact cyclotron
1 Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI, Switzerland
2 中国原子能科学研究院, 北京 102413
与瑞士保罗希尔研究所合作，在双方合作开发的通用加速器模拟程序库OPAL中添加了3维复杂几何处理模块及场致发射与二次电子发射模块，使得OPAL具备了进行3维复杂结构中场致发射与二次电子倍增效应模拟的能力，可用于优化复杂高频/微波器件的结构设计从而抑制暗电流发射或二次电子倍增效应。
场致发射 二次电子倍增 程序开发 高频谐振腔 field emission multipacting code development RF resonator
为研究丝阵负载对X箍缩的影响，设计了一台紧凑型脉冲功率发生器。介绍了该脉冲功率发生器的设计及初步实验。根据装置的结构特点，研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载内筒，构成回路测量负载电流的探头。结果表明:在对Marx电容器充电60 kV时,输出电流峰值117 kA，脉宽 60 ns，上升沿22 ns，该装置已经成功箍缩出X射线。
X箍缩 紧凑型 脉冲功率发生器 Marx发生器 X-pinch compact pulsed power generator Marx generator
