中国ADS注入器样机II束流传输线的设计与调试

发布时间：2020-07-15 10:04

【摘要】：核裂变能产生的高放射性废料对生物圈和人类带来长远的核污染威胁,加速器驱动次临界系统(ADS)是目前最有效的核废料处理方案。为进行ADS的关键技术预研,中科院启动了“未来先进核裂变能”先导专项项目,其中近代物理研究所负责设计和建造中国ADS注入器样机II。注入器样机II的主要目的是,研究直线加速器低能段的物理问题及技术可行性,提供可能的低能段的加速器方案。论文的主要工作是设计、建造和调试注入器样机II的中能束流传输线一(MEBT1)。作为世界上第一台目标为10 mA强流连续束从RFQ到超导段匹配的MEBT1,为了控制束流品质,降低非线性高频场和空间电荷力带来的发射度增长,实现超导段极低束流损失的要求,MEBT1采用了紧凑型的布局。MEBT1采用了两个1/4波长聚束器以实现束流的纵向匹配,采用了两套三组合四极磁铁和一个校正用四极磁铁以实现从RFQ出口非对称束到超导段入口对称束的横向匹配。MEBT1具有大范围的匹配能力来满足后续超导段的要求。MEBT1设计了刮束器以刮除束晕来降低超导段的束流损失。通过将校正磁铁和BPM内置于四极磁铁等方式实现了MEBT1紧凑型的布局。MEBT1布置了束诊盒子以进行在线束流的诊断。通过MEBT1 BPM的束流标定,实现了MEBT1的轨道校正。通过MEBT1的发射度测量和lattice验证,理解了MEBT1的横向束流传输过程。通过MEBT1聚束器的扫相,以及腔压和相宽的验证,大致理解了MEBT1的纵向束流传输过程。单腔超导加速单元(TCM1)10 mA连续束的稳定运行,六腔超导加速单元(CM1)5.3 MeV,10 mA,100 us脉冲束100%的传输效率和CM1 2.7 mA,5.1MeV连续束5分钟的运行,表明MEBT1实现了从RFQ到超导段的束流匹配,使得注入器样机II成为目前国际上平均流强和束流功率最高的低能超导直线加速器。本文还进一步对MEBT2和HEBT进行了设计研究。在MEBT2方面,首次给出了MEBT2纵向刮束方案的设计,从动力学模拟上实现了纵向束晕的刮束。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(近代物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL503.3
【图文】：

中国 ADS 注入器样机 II 束流传输线的射性废物 MA 和 LLFP 的处理成为制约核能发展的瓶颈，而利为几百年寿命的核素则可以解决这个问题[2]。目前国际上有两的快中子来对 MA 和 LLFP 嬗变，一种是利用快中子增值反应用加速器产生快中子，即加速器驱动次临界反应堆系统，Acub-critical system(ADS)[3][4][5][6][7][8]。系统由高功率质子加速器，重金属散裂靶和次临界嬗变反应堆生高功率的质子束流，轰击重金属靶并发生散裂反应，产生动和维持次临界堆芯的核嬗变反应，实现能量输出和产生一.1 为 ADS 的原理示意图。

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本文编号：2756350