基于自由电子激光(FEL)的太赫兹源具有高功率、高效率、波谱范围宽且连续可调、波束质量好等显著优点, 目前是获得最高输出功率的方法。紧凑型太赫兹源使整体装置小型化, 减少了装置成本和占用空间, 但依然可以提供高功率、高品质的太赫兹波束, 是一种便利可靠的用户装置。由于空间限制, FEL上的磁铁要尽可能地减小其尺寸, 并仍能满足束流参数设计要求。本文设计的四极磁铁磁轭孔径与有效长度, 其中2块是64 mm×100 mm, 另外3块是45 mm×100 mm。这些四极磁铁的磁场梯度可以达到0.6~1.9 T·m-1。采用Poisson和Oprra-3D软件进行四极磁铁的二维和三维仿真计算, 设计优化四极磁铁的结构, 并测量了加工完成后的四极磁铁的磁场。

质子束窗是C-ADS中隔离加速器的真空环境与靶的非真空环境的重要部件。质子束窗材料及其冷却介质造成的束流散射效应是造成束流在靶外损失的主要因素，由于质子束窗中的高能量沉积和高辐照效应，束窗的热力学计算显得尤为重要。计算结果表明：当质子束窗和散裂靶距离为1.5 m时，通过选取合理的结构参数，多管道型质子束窗结构可以将靶外束流损失控制在1%以内。束窗中总的应力，包括由于温度升高造成的热应力、冷却剂的静压，以及束窗两侧加速器真空与外部非真空环境的压强差造成的应力，可以有效控制在所用材料的许用应力之内。并通过计算讨论给出C-ADS中质子束窗的初步设计参数。

分析了工业辐照加速器扫描磁铁的三角波励磁电流的选取.介绍了一种输出电流峰-峰值20 A、扫描频率为20～50 Hz的连续三角波的工业辐照加速器扫描磁铁电源.阐述了三角波调制器的原理、三角波线性度、基于单片机的控制系统以及其在工业辐照环境下采取的抗干扰措施.理论和应用均表明该设计具有很好的辐照均匀度.

电子束在烟气中穿透深度和剂量分布将直接影响废气中硫、氮氧化物的脱除效率.通过理论计算和蒙特卡罗模拟计算得到不同能量电子穿过各种厚度加速器箔窗后能量损失情况;对不同入射能量电子束在烟气中透射深度和轨迹分布进行了模拟计算.结果表明:电子束反应最佳能量为700 keV;利用产生1 m长线状束流的电子加速器进行双面照射,烟道反应室横截面最佳尺寸为1.0 m×3.5 m.

介绍了MOSFET调制器的基本原理,并对其并联分流和感应叠加两种开关结构进行了实验研究.基于可编辑逻辑器件设计了其触发电路,驱动电路采用高速MOSFET对管组成的推挽输出形式,加快了MOSFET的开关速度.利用Pspice软件对开关上有无剩余电流电路(RCD)两种情况进行仿真,结果表明,加装RCD电路可以有效吸收MOSFET在关断瞬间产生的反峰电压.实验中,电流波形用Pearson线圈测量,用3个MOSFET并联作开关,当电容充电电压为450 V,负载为30 Ω时,脉冲电流13 A,前沿20 ns,平顶约80 ns;用3个单元调制器感应叠加,当电容充电电压为450 A,负载为30 Ω时,脉冲电流强度为40 A,前沿25 ns,平顶约70 ns.

介绍了合肥光源二期工程注入段陶瓷真空室的改进情况,采用新的镀膜技术,大大改善了脉冲磁场的延时特性,减少了储存环注入时的轨道扰动,提高了注入束流累积效速率.改进了原来的点线圈磁场测量方法,采用带有积分电路及抗干扰措施的双线圈测量装置测量了真空室内的脉冲磁场延时特性,使脉冲磁场延时误差测量的分辨率达到ns量级,给出了测量结果.

分析了脉冲调制器产生短脉冲时冲击磁铁回路电感对脉冲前后沿和宽度不可忽略的影响,从理论上导出了冲击磁铁回路电感与脉冲前后沿的关系,给出并分析了几组实验结果,提出了采用屏蔽结构和适当增加阻抗等两种可行的减小脉冲前沿的方案.

在估计合肥光源新注入系统中回形镀膜陶瓷真空室的耦合阻抗时,对于规则轴对称边界,可以采用场匹配技术求解柱坐标系中Maxwell方程得到耦合阻抗解析表达式.对于非规则形状,解析求解困难,须根据同轴线方法测量纵向阻抗基本原理,数值计算镀膜陶瓷真空室耦合阻抗.计算结果表明,陶瓷真空室内表面镀金属膜可以大大降低束流耦合阻抗,但镀膜陶瓷真空室仍是合肥光源储存环的主要阻抗来源之一.

介绍了新型软开关脉冲电容充电技术,其基本电路采用串联谐振拓扑,具备零电流开关、恒流充电、内在短路保护等优点。导出了该基本电路重要参数的计算公式。仿真了一个16kJ/s充电电源的波形。在重复频率较高、负载电容容量偏小时的不利情况下,在基本恒流电路的基础上,探讨了几种改善充电电压稳定性的途径,同时保留了恒流源的优点。

根据简单的计算模型,导出辐射能量谱形状因子和相干谐波辐射表达式,用此表达式讨论了不对称光学速调管的相干谐波辐射;对于合肥储存环相干谐波自由电子激光,提出了一个不对称光学速调管相干谐波辐射的研究方案,并作了详细的计算,结果表明在较高的电子束能量下,调整光学速调管和外激光参数,使辐射段波荡器的辐射基波与外激光的二次谐波共振,进行相干谐波产生实验,能获得109量级相干加强因子。