质子同步加速器新型引出方法研究
发布时间：2020-08-24 23:32
【摘要】：近些年来,国际上质子同步加速器得到了很大的发展。在强流质子加速器方面,为了适应高能物理、核物理和作为多学科应用平台的需要,越来越多的高功率质子加速器应运而生,比如日本的J-PRAC,英国的ISIS以及正在建设中的中国的CSNS等；在弱流质子加速器方面,以质子治疗为代表的医学加速器的应用获得了快速发展。 对于质子同步加速器而言,束流引出是一个非常重要的环节。引出方法的优劣直接关系到引出束流的品质,因此他们通常是满足不同束流应用需求的关键所在。在过去几十年中,国际上已经发展出了一些成熟的引出方法,如强流同步加速器上的低束损单圈快引出,弱流同步加速器上的三阶共振慢引出等。本论文的主要工作是研究出了三种新型引出方法,以丰富现有引出方法以及满足一些特殊的应用需求。 探测器测试对于许多研究领域,特别是粒子物理领域而言非常重要。为了开展探测器测试以及空间辐射效应的研究,在高功率快循环同步加速器上设计了一套极弱束流寄生慢引出的方法。该方法在几乎不影响主束流正常单圈引出的基础上,得到流强极弱但比较稳定且可以长期供束或占空比相对较大的束流。尽管该研究是使用中国散裂中子源快循环同步加速器(CSNS/RCS)的参数得到,但是该方法同样适应于其它的强流质子同步加速器。 本论文研究了一种从快循环同步加速器中引出非常短束团的方法。该束团压缩方法是将束团旋转,高频磁场可控不同步与特殊低发射度注入相结合从而在快引出之前得到非常短的束团。该方法已经通过CSNS/RCS的参数进行了验证。作为方案之一,通过牺牲三分之二的束流功率,可以将束团长度缩短为正常引出长度的九分之一。这对于建在CSNS上用于核数据测量的白光中子源而言是非常有利的。当然,在需要引出非常短束团的时候,该方法也同样适应于其他的快循环同步加速器。 本论文还研究了一种利用特殊的反对称六极磁场在半整数共振线附近从同步加速器中共振慢引出束流的方法。该方法可以应用在需要非常稳定束流的地方并且相对于常规六级磁场慢引出具有一些优势。优势之一是相对于常规三阶共振引出,该方法可以工作在距离共振线相对较远的位置,这样就可以显著减小由于磁铁电源的纹波导致的引出束流强度的变化。研究表明,在相同磁场强度以及到共振线距离相同的情况下,反对称六极子驱动的共振形成的稳定区面积或者面积随工作点扰动的变化是对称六极子的1/14。该方法可能应用在粒子物理、核物理的外靶实验以及质子或重离子治疗方面。 在强流质子同步加速器中,束流损失的控制非常重要。为了解决在中等规模高功率质子同步加速器中动量准直方法准直效率不高的问题,本论文研究了一种新型的动量准直方法一组合型动量准直方法。该方法通过设计两套独立的二级准直系统和一套单级准直系统,可以极大地提高动量准直效率。此外,该研究还表明注入束流的相关性对于准直效率有很重要的影响,通过反相关注入可以进一步提高准直效率。利用CSNS/RCS的Lattice以及参数对该方法做了详细的多粒子模拟研究。结果表明对于几百兆电子伏的质子束动量准直效率可以超过90%。从而说明该动量准直方法是非常有效的。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL544
【图文】：
故建造一台稳定可靠的高功率质子加速器对散裂中子源而言是至关重要的。图1.1给出了国际上一些主要的高功率质子加速器。对于CSNS的质子加速器设计分为两个阶段，第一阶段设计的束流功率为100 kW(CSNS-I)，平均流强为62.5tiA，稳定运行一段时间后通过提高平均流强将束流功率升级至500 kW (CSNS-lDc? Existing ▲ Under construction ■ Proposed100 I \rpHi“ 、八 ： \ irrwns ? JRASCO^ in 广' 、 、磁: 10 i / \E I 0服 I、 ...“广、t ： 挪,夕、A *tss- . \Jpsic 0 "C^RNSPL1 - J-PARORCS一 ISIS-II ? ■ - ■ ■Proton Driver。 媝?、二A 斤 VAI,b^ -： ACSNS -^ ： 、 MAGS upgrade<C - 、.i-i?.A.kC7MR 瞧,‘\ VH^Al/Boostcr ?、. 肇 ■l?rojcei XQ Q 1 I I I I I'll il I I I I I I I I I I I I il l_i.丨,1 I I 10.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Kinetic energy(GeV)图1.1国际上一些主要的
环中的同步运动也对能量分布有一定的影响。从图中可以看出，束流多圈穿过膜后的能量损失并不大，能散增加了±0.2%左右，在±5MeV以内，因为不需要虑这一部分粒子的单圈引出，这个能散是完全可以接受的。综上比较的结果，们选取碳膜作为散射膜。
产生一个横向向外偏移量，见公式（3.5)，控制这个偏移量的大小，即可以控制束流是否打到散射膜以及束流打到散射膜的深度。图3.11给出了懫用固定场内凸轨加散射膜的方法寄生慢引出弱束流的轨道描述。35I
本文编号：2802977
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL544
【图文】：
故建造一台稳定可靠的高功率质子加速器对散裂中子源而言是至关重要的。图1.1给出了国际上一些主要的高功率质子加速器。对于CSNS的质子加速器设计分为两个阶段，第一阶段设计的束流功率为100 kW(CSNS-I)，平均流强为62.5tiA，稳定运行一段时间后通过提高平均流强将束流功率升级至500 kW (CSNS-lDc? Existing ▲ Under construction ■ Proposed100 I \rpHi“ 、八 ： \ irrwns ? JRASCO^ in 广' 、 、磁: 10 i / \E I 0服 I、 ...“广、t ： 挪,夕、A *tss- . \Jpsic 0 "C^RNSPL1 - J-PARORCS一 ISIS-II ? ■ - ■ ■Proton Driver。 媝?、二A 斤 VAI,b^ -： ACSNS -^ ： 、 MAGS upgrade<C - 、.i-i?.A.kC7MR 瞧,‘\ VH^Al/Boostcr ?、. 肇 ■l?rojcei XQ Q 1 I I I I I'll il I I I I I I I I I I I I il l_i.丨,1 I I 10.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Kinetic energy(GeV)图1.1国际上一些主要的
环中的同步运动也对能量分布有一定的影响。从图中可以看出，束流多圈穿过膜后的能量损失并不大，能散增加了±0.2%左右，在±5MeV以内，因为不需要虑这一部分粒子的单圈引出，这个能散是完全可以接受的。综上比较的结果，们选取碳膜作为散射膜。
产生一个横向向外偏移量，见公式（3.5)，控制这个偏移量的大小，即可以控制束流是否打到散射膜以及束流打到散射膜的深度。图3.11给出了懫用固定场内凸轨加散射膜的方法寄生慢引出弱束流的轨道描述。35I
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 方守贤;关遐令;唐靖宇;陈沅;邓昌东;董海义;傅世年;焦毅;舒航;欧阳华甫;邱静;石才土;孙虹;韦杰;杨梅;张旌;;ATPF a dedicated proton therapy facility[J];中国物理C;2010年03期
本文编号：2802977
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