由于空间狭小且不能通视, 分离扇回旋加速器的检修与准直复位一直困扰着机械准直人员。加上时间紧张, 如何快速准确找到故障原因和准确复位是保证加速器正常运行所必须思考的问题。分析了磁通道的工作原理和传动机制, 建立了有效的传动监测模型, 标定并改善了电机的传动性能。基于多重坐标系转换总结出一种快速安装的方法, 快速复位精度满足物理要求, 保证束流的顺利引出。该方法精度满足实验要求(不超过0.2 mm), 具有可继承性, 能够为相关加速器类似元器件的检修与准直工作提供依据。
分离扇回旋加速器 磁通道 准直 横向聚焦 传动原理 坐标转换 separated sector cyclotron MSE3 alignment horizontal focus transmission principle coordinate transformation 强激光与粒子束
2018, 30(6): 065101
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学技术大学 核科学技术学院, 合肥 230026
武威重离子治癌装置回旋注入系统由自重50余吨的回旋加速器和离子源等多个元件组成,由于离子源和回旋加速器的上下共架结构及回旋注入系统自身过于紧凑等原因,给各元件的安装准直工作增加了难度。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过自下而上分级准直安装及高空架设仪器的方法,克服了通视条件不足等困难,有效提高了工作效率,所有的安装元件误差都控制在0.10 mm以内,其结果好于该装置的安装精度要求。回旋注入系统已成功出束,各项指标均已达到或优于设计指标,从而验证了准直安装工作的准确性与可行性。
重离子治癌 三维控制网 激光跟踪仪 回旋加速器 坐标转换 heavy ion therapy three dimensional control network laser tracker cyclotron coordinate conversion 强激光与粒子束
2016, 28(10): 106003
切割磁铁作为同步加速器注入引出的关键部件之一，对磁场及切割板结构都有严格的要求。介绍了兰州重离子治癌装置(HIMM)同步加速器切割磁铁的设计情况，基于磁场优化软件OPERA，对切割磁铁磁场均匀度及杂散场的分布进行了详细的分析。根据磁场要求优化结构设计，完成了磁铁的加工。磁场测量结果分析显示，有效场区范围内磁场均匀度优于设计结果。同时通过对磁铁端部屏蔽处理，在环内侧管道处杂散磁场降到2 mT以内，满足物理设计要求。
切割板 励磁曲线 磁场分布 横向均匀度 杂散场 septa exciting curve magnetic field distribution horizontal homogeneity stray field 强激光与粒子束
2015, 27(9): 095101
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学技术大学 核科学与技术学院, 合肥 230006
武威重离子治癌装置高能线爬升段上下跨度约为18 m,由于超大超重元件的悬空安装和狭小的安装空间及通视条件不足,使得就位时磁铁的位置及角度与地面做标定时不同,给准直安装工作带来了挑战.借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过多重坐标转换,探索了一种新的方法,消除了爬升段磁铁调节时角度带来的偏差,有效提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的磁铁安装各向安装误差均控制在0.10 mm以内,其结果优于该装置的精度要求,为整体安装进度提前提供了有力保证.
重离子治癌 三维控制网 激光跟踪仪 准直安装 坐标转换 heavy particle therapy three dimensional control network laser tracker alignment coordinate conversion 强激光与粒子束
2015, 27(8): 085102
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
研制的磁力提升装置实现了对加速器驱动次临界系统(ADS)新型钨基合金球靶材的电磁提升.其基本原理是通过控制一组螺线管的加电时序,实现磁场的移动,移动磁场作用于靶材完成其输运.螺线管作为该装置的主要部件,其结构影响电磁提升的效率.为优化其结构,采用Ansys Maxwell分析螺线管的磁场分布,确定螺线管结构.同时利用Ansys Maxwell给每个螺线管加不同宽度的脉冲进行数值模拟,通过调节每个螺线管的通断电时间和同时工作的螺线管单元数,模拟计算合金球的受力.在数值模拟的基础上完成了磁力提升装置样机的加工和实验研究,实现了钨基合金球输运的预期效果.
加速器驱动次临界系统 钨基合金球 螺线管 磁场分布 电磁力 accelerator driven sub-critical system tungsten alloy ball solenoid magnetic field distribution electromagnetic force 强激光与粒子束
2015, 27(7): 076003
国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体，由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性，前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型，不仅将模拟结果和实验数据进行对比，更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析，OPERA 3D用于磁场计算，并采用ANSYS脚本语言(APDL)进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。
超导磁体 失超模拟 有限元方法 失超传播干涉成像系统传递函数的数值分析 superconducting magnet quench simulation finite element method quench propagation
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学院 研究生院, 北京 100049
国际反质子与离子大科学工程(FAIR)项目是一个大型的国际合作项目, 其中Super-FRS超导二极磁体由中国科学院近代物理研究所研制。利用ADINA有限元程序对项目中的超导Super-FRS磁体线圈的失超过程进行了模拟分析。利用C程序对ADINA程序进行二次开发以便对有限元求解器的调用和载荷的控制。分析结果显示: 在失超过程中产生的最大热应力为26 MPa,可能产生的声波频率在35 Hz左右。
超导线圈 失超模拟 有限元二次开发 热应力 superconducting coils quench simulation secondary Development thermal stress
1 中国科学院 近代物理研究所,兰州 730000
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
国际反质子与离子大科学工程项目中的超导super-FRS磁体包含2个超导线圈,最大磁场为1.6 T,这样大的磁场必然产生很大的电磁力。为了保证磁体运行时的机械稳定性,对项目中的超导super-FRS磁体进行了有限元结构的3维分析。结构分析中采用了ADINA和TOSCA两个有限元软件。ADINA软件主要用于结构中的应力应变计算,而TOSCA软件则主要用于电磁场的磁场强度和电磁力的计算。分析的结果显示super-FRS磁体采用铁芯及线圈盒长边中部加固结构时,其最大形变约0.19 mm,最大有效应力出现在长边中部的很小区域,约为92 MPa。由于线圈盒由316LN不锈钢制成,该结构是合理的。
超导磁体 有限元方法 洛仑兹力 有效应力 superconducting magnet finite element method Lorentz forces effective stress
1 中国科学院,近代物理研究所,兰州,730000
2 中国科学院,研究生院,北京,100039
介绍了兰州重力加速器冷却储存环实验环二极磁铁积分长线圈测磁装置的构成,描述了实验环二极铁的分散性测量、横向分布测量、传递函数等测量内容及测量方法.实验环二极铁采用不断地加减硅钢铁片垫补和加调整线圈电流的方法来调整二极磁铁的有效长度来改变分散性.通过垫补和测量,二极磁铁的分散性在优化磁场时达到±2×10-4.同时给出了二极铁的横向分布和传递函数的测量结果.对二极铁的设计和加工进行了修正.
二极磁铁 分散性 磁场垫补 有效长度 强激光与粒子束
2006, 18(10): 1695
1 中国科学院,近代物理研究所,甘肃,兰州,730000
2 中国科学院,研究生院,北京,100039
介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)CSRm引出kicker磁铁的物理设计、参数计算以及结构设计和加工.为了减小电感,使上升时间达到要求,CSRm引出kicker磁铁采用分布式的传输线方案,同时将无感电容与磁铁并联以满足匹配的问题.磁铁用单匝线圈和铁氧体铁芯来降低电感、减少涡流损耗,并采取两台电源成对供电、导体一端共地的结构形式消除杂散电感和轴向场,这种方式不但消除了过桥的不利影响,而且可通过调节导体间距离方便的调节磁场均匀区宽度和磁铁电感.完成设计后磁铁电感小于1 μH,在140 mm范围内磁场均匀度好于±0. 5%,最高磁场达到0.038 T,最大峰值激磁电流约为2.5 kA.
kicker磁铁 铁氧体 电感 磁场分??br>
