加速器束流损失计算和监测器性能研究

发布时间：2020-05-10 08:45

【摘要】：随着加速器的发展,束流损失探测器(Beam loss monitor,BLM)被广泛应用于加速器的运行与调试。由于束流损失探测器的安装位置对其探测信号的灵敏度有较大的影响,因而在束流损失监测器安装前需要对束流损失进行准确的分析计算从而找出束流损失探测器最佳安装位置来保证其工作性能。本文针对强流负氢回旋加速器上的束流输运管线,利用G4beamline程序对整体管线上的束流损失分布进行计算,讨论了管线上的次级粒子种类及其分布;对100?A流强下束流管线上的空间电荷效应进行分析,讨论了该束流强度下空间电荷效应对束流损失影响。计算结果为束流损失探测器提供了可靠的安装位置信息。同时,对安装后的束流损失探测器性能进行了实验测试,包括BLM的坪曲线测定,流强与BLM信号的关系,四极磁铁对BLM信号的影响以及法拉第杯测量束流时对BLM信号的影响。此外,实验还分析了束流损失探测器对束流偏转的监测能力。针对结果中出现的束流损失探测器两端信号的不均匀性,提出一种可行的优化方案,通过导向磁铁和剥离膜的共同作用能够降低两端的信号差,并通过实验验证了该方案的可行性。对该实验方案过程进行仿真分析,指出该方案对束流损失探测器信号的调整是通过改变束流损失探测器处束流中心位置实现的并给出偏转角度与束流中心位置以及束流损失探测器信号的对应关系。
【图文】：

分布图,管线,分布图,工作间

( A )( A )(1 A )H+35-70 375 2(0.05 45) 23205 10He2+70 70 0.07-0.13102 10HH+35 50 0.1-13410 10D-15-35 50 0.05-1.23205 10Arronax 分为加速间与工作间，加速间为主加速器所在房间，工作间为束流引出行放射性同位素生产、靶源照射的区域。由于辐射防护的需要，两区域之间安装有土墙作为辐射屏蔽措施。目前加速器上有六个工作间[38]，共 9 条束流传输管线，如.2 所示。Arronax 的束流管线一般由一个偏转磁铁，一个 y-x 双向导向磁铁，两个极磁铁组(最大磁场强度 10T/m)，法拉第杯，中子衰变器，墙壁(3.5m)，准直器，靶。但对于 Ax 工作间来说，在其工作间安装有另一个偏转磁铁以将束流分离至三条管线上以满足不同的实验需求，如利用脉冲 He2+粒子进行放射化学实验，PIXE，反面的测量等。在这些束流管线中，，A1、A2、P2、P3 束流管线是用于放射线同位素产，P1 管线主要用于中子激发实验。

示意图,管线,示意图

行空间电荷作用模拟，其也可以对粒子在物质间的反应进行计算，追踪碰撞反应所产生的次级粒子。.G4beamline 能够统计的物理量包括能量沉积，束流尺寸，束流包络线，粒子动量，同时也能对磁场，电场进行调试以得到更为准确的运算结果。G4beamline 的计算模型和数据库主要采用 Geant4 中的已有计算模块，但同时作为开源软件，在已有数据库或者模型无法满足计算需求时，我们也能够直接将新设计的计算模块添加到程序中进行计算。3.3 A1 管线构件及仿真A1 管线的分布如图 3.3 所示，因为法拉第杯以及中子衰减器在正常运行时位于管线外部，对于束流损失计算该部分没有贡献，因而分布图中并未标出。A1 管线的管壁内径为 50mm，根据其位置的不同，主要有三种类型的壁面。其中，自混凝土隔离墙至后方四极磁铁入口处的管壁为 1.5mm 的 INOX 合金；后方准直器至靶上的 118mm 长的管道，该段管道壁厚为 4mm，材料为铝合金；管线的其他部分管厚都为 5mm 的铝合金。相应的管壁材料列于表 3.2 中。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL507

【参考文献】