1 中国科学院 上海应用物理研究所，上海 201800
2 上海艾普强粒子设备有限公司，上海 201800
3 中国科学院 上海高等研究院，上海 201204
质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑，上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程，掌握质子放疗关键技术，保证产业链安全可控，注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振（ECR）离子源和四翼型射频四极加速器（RFQ）的技术方案，并在漂移管加速器（DTL）段创新性地采用了交变相位聚焦（APF）结构。在这个过程中，通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想，自主开发了APF DTL的底层物理设计软件，相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作，最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析，认定束流中心能量为6.975 MeV，动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。
质子治癌 直线注入器 交变相位聚焦 漂移管加速器 腔体冷测 proton therapy linac injector alternating phase focusing drift tube linac cavity cold test 强激光与粒子束
2022, 34(8): 084007
1 北京大学物理学院 重离子物理研究所，北京 100871
2 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，陕西 西安 710024
通过粒子模拟(PIC)的方法研究了可用于全高半宽度10 ps量级快脉冲光信号脉宽测量的时间拉伸漂移管。分别模拟了光阴极半径、加速管长度、加速电压、漂移区长度、螺线管中心磁场强度、初始光电子能量和初始光电流对时间拉伸漂移管展宽系数的影响。分析了时间拉伸漂移管展宽系数的主要影响因素，同时给出了漂移管展宽系数对初始电子能量和初始光电流的线性关系，证明了所设计的时间拉伸漂移管能够满足逆康普顿散射源的束长测量。研究结果可为逆康普顿散射源电子束长测量提供技术手段。
时间拉伸漂移管 逆康普顿散射源 粒子模拟 束长度 展宽系数 time dilation drift tube inverse Compton scattering source particle-in-cell beam length coefficient of spread 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(3): 448
1 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
2 东莞中子科学中心, 广东 东莞 523803
功率耦合器是中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线段(DTL)的关键部件之一,其耦合系数通常通过调节耦合孔尺寸得到, 为了确保耦合系数达到设计值, 制造了一个冷模进行耦合度的调节。在冷模测量过程中, 发现了仅通过改变耦合孔尺寸耦合系数达不到目标值的问题, 因此提出了一种与测量结果对比有良好仿真精度的新模型用于分析, 并使用该仿真模型分析了PEFP使用的理论及影响耦合度的主要参数。最终耦合度被调节至目标值, 正式件的冷测结果也表明其与仿真结果基本相同。
耦合系数调节 功率耦合器 漂移管直线加速器 测量结果 coupling coefficient adjustment RF power coupler Drift Tube Lianc (DTL) measurement result 强激光与粒子束
2017, 29(6): 065105
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 高功率微波技术研究所, 长沙 410073
为满足X波段三轴速调管放大器（TKA）各腔内部自激振荡的诊断需求,设计了一种结构单紧凑、无需外部密封结构的新型波导耦合器。利用小孔耦合原理和CST仿真软件,针对TKA中常见的自激振荡TE61模式,对该耦合器的耦合特性进行了理论分析和仿真设计。结合PIC方法,建立了利用该耦合器诊断TKA同轴漂移管内传输微波频谱特性的物理模型。通过仿真计算,验证了所设计的耦合器用于TKA自激振荡诊断的有效性。
三轴速调管放大器 漂移管 自激振荡 波导耦合器 电磁场诊断 triaxial klystron amplifier drift tube asymmetric mode competition waveguide coupler diagnosis of electromagnetic field 强激光与粒子束
2015, 27(11): 113001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔.通过迭代设计,使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致.设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV,长度0.96 m,分流阻抗约90 MΩ/m.不考虑束晕和误差因素,50 mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级.
IH模式 漂移管加速器 永磁聚焦 分流阻抗 质子 IH mode drift tube linac permanent magnet focused shunt impedance proton 强激光与粒子束
2015, 27(7): 075104
漂移管直线加速器(DTL)通过采用杆耦合器加速结构, 实现加速电场的稳定性。为了分析电场稳定性的调制机理, 简要说明DTL的腔体结构, 并对其进行集**数的等效模拟, 给出等效电路分布。最后着重对耦合杆与漂移管之间相互作用的等效电容进行了仿真研究。针对上述电路分布, 采用电路理论分析了高频场扰动及稳定性的实现机理。通过将稳定结构下的等效电容求解结果与该电容的模拟仿真值进行比较, 得出稳定状态下的耦合杆与漂移管之间间隙取值的合理区间。最后通过对不同调节条件下的扰动电场进行仿真分析, 一定程度上验证了结论的正确性。
漂移管直线加速器 杆耦合器 周期性加速结构 等效电路 稳定性 drift tube linac post coupler periodic accelerating structure equivalent circuit stability 强激光与粒子束
2014, 26(8): 085102
为了研发中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线加速器(DTL)的功率耦合器，在对常规波导窗结构进行改进的基础上，设计了一种新型高功率波导窗。利用微波仿真软件CST优化了波导窗的高频传输特性，并采用ANSYS分析了波导窗在通功率时的温升及热应力以防止陶瓷片破裂，结果表明,波导窗能传输的最大平均功率达到了800 kW。校核了波导窗抽真空时的机械强度，并对陶瓷窗高频打火进行初步讨论，结果表明，漂移管直线加速器入腔功率为2 MW，小于波导窗的临界输入功率2.355 MW，窗内打火的机率很小。
波导窗 功率耦合器 漂移管直线加速器 中国散裂中子源 RF window RF coupler drift tube linac China Spallation Neutron Source
介绍了"闪光二号"加速器产生的高功率离子束在漂移管中的传输实验.对比了采用中性化措施前后的传输情况,分析了中性化措施对离子束束斑半径、束流均匀性的影响.根据实测的二极管电压模拟得到了传输一定距离后的束流波形,与实测结果符合较好.采取适当的中性化措施后,高功率离子束可以有效传输80 cm以上,束流发散得到抑制,束流均匀性得到改善.
高功率离子束 中性化 漂移管 传输
