针对加速器驱动次临界系统 （ADS）瞬态问题，采用预估校正改进准静态方法 （PCQS）处理时空中子动力学方程中的时间自变量，采用蒙特卡罗方法处理相应的空间-角度-能量自变量，重点解决了低次临界度下模拟计算不稳定的问题，验证了TWGIL-Seed-Blanket动力学基准问题和小型模拟ADS问题，得到瞬态过程的功率变化结果，与基于其他方法的程序比较，经初步验证取得了较好结果，证明了该耦合方法可行。

加速器驱动次临界系统注入器Ⅰ，包括ECR离子源、低能传输线、射频四极加速单元、中能传输段和超导腔，注入器Ⅰ出口能够获得能量10 MeV的强流质子束流。为了调束和运行的需要，注入器Ⅰ将安装束流位置测量、束流截面测量、束流流强测量、束流发射度和能量测量，以及束流损失测量等束流参数测量装置。介绍了这些束流测量系统设计及其他方面的一些考虑。

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器, 即ADS注入器Ⅱ, 设计了采用现场可编程门阵列(FPGA)切束技术的加速器快保护控制系统。当系统检测到束流异常故障信号时能快速切断束流, 并上传故障信息, 方便故障排查和后期数据分析。该控制器基于FPGA设计, 可实现光纤通信、串口通信、逻辑电平信号输出等功能。其中, 光纤通信功能用于控制斩波器电源快速切断束流; 串口通信用于实时传输设备状态信息; 逻辑电平信号输出用于控制继电器产生开关量信号去远程控制保护设备, 以防止运行设备的损害。通过现场运行测试, 切束响应时间在10 μs之内, 达到安全设计要求。

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器, 即ADS注入器Ⅱ, 设计了数据归档系统。该系统能实时采集加速器运行时各设备的状态信息和通过中央控制室远程发出的指令信息, 为加速器调束人员和系统维护人员提供最真实的参考信息, 方便故障排查和后期数据分析。系统基于以太网, 运行于实验物理与工业控制系统EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)架构上, 和设备的数据交换采用CA协议(Channel Access Protocol)。采用Keepalived和MySQL实现高可用数据库服务, 采用ArchiveEngine作为数据采集工具, 采用DataBrower进行数据查询和曲线绘制。对归档数据库进行了查询优化, 并自行开发了数据库服务器和归档引擎的运行状态监控程序, 从而保证了整个数据归档系统的稳定运行。通过现场运行, 系统可满足ADS注入器Ⅱ运行要求, 维护方便, 只需将相应PV(Process Variable)信息添加到数据库channel表格中即可实现数据采集。

ADS注入器Ⅱ超导加速段的运行需要在4.2 K（液氦）超低温环境下进行,针对注入器Ⅱ10 MeV加速器低温恒温器的运行要求设计了一套液氦分配系统,该系统在满足加速器的低温恒温器工作的同时还具备给超导腔水平测试、垂直测试、磁铁测试等试验终端供液以及调节流量的功能。系统已应用于5 MeV加速器液氦的分配与调节以及超导腔垂直测试系统中,运行良好。重点介绍了液氦分配系统的工艺流程、阀箱的结构设计及调试运行情况。

真空系统是加速器驱动次临界系统项目注入器Ⅱ的重要组成部分之一,为了保证其工作效率设计了一种基于实验物理及工业控制系统(EPICS)架构的远程控制系统.根据被控设备硬件接口的特点及控制需求分别采用PLC和串口服务器等作为控制设备,在主控机中使用LabView编程实现了对系统内所有设备的监控,并借助于DSC模块把设备状态和参数等以过程变量的形式进行网络发布.同时根据系统特点设计了软硬件相结合的连锁保护方案,增加了系统的可靠性,为5 MeV束流实验的顺利进行提供保障.

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.

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求, 设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器, 它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式, FPGA实现粗延时, 专用延时芯片实现精延时, 提高了延时精度, 同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明, 该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25 ns, 延时、脉宽及周期调节范围为1 μs~2 s, 周期抖动的标准偏差为70 ps。该控制器输出信号满足要求, 程序界面操作简便, 通过串口RS-422远程控制稳定可靠。

为保证加速器驱动次临界系统输运线靶站的使用寿命,采用了一种基于阶梯场磁铁的方案将质子束在水平、垂直两个方向进行扩展。对阶梯场磁铁进行了三维磁场模拟和物理设计,根据联合模拟的磁场分布进行了束流动力学跟踪研究,证实阶梯场磁铁方案对均匀化束流有很好的效果。为了使阶梯场磁铁磁场的台阶状分布更加明显,提出了一种更为紧凑的阶梯场磁铁设计方案。