紧凑型重离子射频四极场直线加速器的理论设计与研究

发布时间：2023-08-09 16:42

　　随着粒子加速器在放射性医学以及原子核实验领域的应用发展,加速器整体结构的紧凑性成为了加速器设计的新要求。直线加速器因其高束流品质、易于注入等特点,经常用作加速器的注入器。近代物理研究所研制的首台具有自主知识产权的医用重离子加速器装置(HIMM)在其升级计划中,也将采用直线加速器代替原有回旋加速器作为注入器。射频四极场加速器(RFQ)作为直线注入器低能段的重要组成部分,也在向紧凑小型化的方向发展。依托HIMM项目的升级需求,本文完成了HIMM-RFQ的具体设计工作,提出了适用于紧凑型商业化低流强RFQ的快聚束动力学设计,并基于快聚束动力学设计完成了腔体相应的射频结构设计,最终完成腔体设计以及加工等研究。HIMM-Linac低能段RFQ的完整腔体设计包含了从束流动力学到射频结构,以及多物理场分析,水冷系统等多方面设计环节。本文基于RFQ束流动力学的相关理论,根据HIMM-RFQ的高稳定性、紧凑性的需求,以及其相对较低流强的特点,首次提出了快聚束动力学设计。快聚束动力学在低流强束流传输理论支持下,对于适用于强流传输的RFQ传统四段设计理论中成型段以及聚束段部分,进行了重新设计。在保证99%以...

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 RFQ加速器发展历史
    1.3 国内外重离子RFQ的发展现状与趋势
    1.4 论文的科学意义
    1.5 论文主要内容及创新点
第2章 RFQ束流动力学与射频理论概述
    2.1 RFQ束流动力学理论基础
        2.1.1 RFQ势函数
        2.1.2 RFQ中的电场和同步加速
        2.1.3 RFQ纵向束流动力学
        2.1.4 RFQ横向束流动力学
        2.1.5 RFQ中的绝热聚束
        2.1.6 RFQ四段论设计
    2.2 RFQ射频结构理论基础
        2.2.1 四翼型RFQ
        2.2.2 四杆型RFQ
第3章 紧凑型RFQ动力学设计
    3.1 LEBT物理设计
    3.2 设计程序介绍
    3.3 主要参数选择
    3.4 动力学设计与优化
    3.5 误差分析
    3.6 动力学设计总结
第4章 RFQ射频设计
    4.1 RFQ建模
    4.2 射频特性仿真及优化
        4.2.1 二极场分量优化
        4.2.2 四极场平整度优化
        4.2.3 谐振频率调整
        4.2.4 射频设计场误差对于动力学的影响
    4.3 耦合器与调谐器设计
        4.3.1 耦合器的设计
        4.3.2 调谐方案以及调谐器设计
    4.4 小结
第5章 热、形变、射频之间的耦合分析
    5.1 腔体运行时加载功率产生的形变及频移分析
    5.2 水冷系统设计
    5.3 小结
第6章 腔体加工测试研究
    6.1 电极加工研究
    6.2 加工误差对束流动力学的影响
    6.3 腔体冷测讨论
        6.3.1 腔体射频特性参数测量
        6.3.2 腔体场分布测量
        6.3.3 腔体冷测引入误差讨论
    6.4 小结
第7章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3840598