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强流超导离子直线加速器
发布时间:2017-03-29 23:47  访问量:277

超导离子直线加速器iLinac (Super-conducting Ion Linac) 是HIAF的注入器,其主要作用是为BRing提供多种注入离子。设计方案是以将238U34+加速到17MeV/u为目标优化完成的。

iLinac主要由射频四极透镜加速器RFQ、中能传输线MEBTMedium Energy Beam Transportaion)、超导直线加速器SCL1Super-conducting Linac)、SCL2SCL3构成。iLinac的常温加速及匹配段布局如图1所示。14 keV/u的离子束经过LEBT匹配到RFQ加速器。RFQ加速器采用四翼型射频结构,出口能量0.5 MeV/u,腔体长度5.96 m,高频功率56.8 kW。束流经过MEBT的横纵向匹配进入超导段进行加速。超导加速段主要由不同类型、频率的超导腔组成,包括81.25 MHzQWR腔体及162.5 MHzHWR腔体。超导段的横向聚焦元件采用超导螺线管。超导腔体和超导螺线管安装在低温恒温器中,工作温度为2 K。经过超导段,238U34+束流被加速到17 MeV/u后经过匹配进入BRing

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1 iLinac的总体结构和布局

iLinac运行模式兼顾脉冲和连续波,设计占空比为100%。主直线加速段包括超导腔体和超导螺线管,采用全超导技术。超导加速段采用全周期结构、短低温超导单元的设计方案,方便束流的调试运行,提高机器的稳定性。超导段的束流功率损失控制在1 W/m以内,使损失的束流在真空管壁上产生的放射性剂量较低,便于设备维护和操作。iLinac的设计参数如表1所示。

超导直线加速器采用高频电场加速原理。高频系统是整个加速器重要的组成和支撑系统,其主要作用是将直流功率转化为高频功率,并注入到腔体内产生高频加速场。该系统主要包括高频信号源,高频功率源,高频参考信号分配系统和高频控制系统。

1 iLinac的设计参数

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为了束流调试以及稳定运行,需要对束流参数进行准确的测量。为此整个加速器中放置了各种束流诊断元件。束流诊断系统包括发射度测量装置,束流位置、流强、能量探测器,相位测量和束团长度测量装置等。

在束流调试中,为了实现所有在线机器元件的灵活可靠控制并对机器进行快速可靠的保护,冗余可靠的控制系统是加速器的关键系统。控制系统采用EPICS架构,主要包括定时系统、网络系统、数据库系统以及机器保护系统。

在加速器的设计中,采用了国际通用的可靠的设计模拟软件。动力学设计采用TraceWinTrack等多粒子模拟软件;射频腔体的高频结构设计,采用CSTHFSS等有限元仿真软件;多物理场分析,采用ANSYSCOMSOL等有限元软件;机械设计及元件装配中采用Solidworks三维设计软件。