强流直线注入器的动力学设计研究

发布时间：2021-10-15 01:21

　　本论文研究的紧凑型强流质子直线注入器为北京大学自主研究项目，其设计目标是将100mA的质子束在3m的长度内加速到4MeV，传输效率大于85%。注入器由RFQ加速器、 DTL加速器和两者之间的匹配部分组成。为了满足长度要求，RFQ加速器与DTL加速器之间的匹配由DTL加速器的前两个单元和一组doublet完成。注入器的工作频率为200MHz，总长为276cm，入口能量45keV；RFQ部分长150cm，加速束流到0.618MeV,传输效率97.8%；DTL部分长126cm，加速束流到最终能量4.15MeV,传输效率为93%；总效率为90.9%。论文详述了RFQ加速器与DTL加速器组成的强流质子直线注入器的动力学设计过程和最终优化方案。RFQ的动力学设计使用parmteq软件完成，设计分两步走。首先，用LANL “四段论”动力学方法得到一个传输效率为92.8%的初步动力学设计方案。对束流传输、发射度增长和损失进行分析后认为，其归一化均方根发射度增长和束流损失的主要原因是束流失配、纵向不稳定和局部参数突变。论文针对上述原因，给出了优化策略：1)根据空间电荷力的变化来优化调节聚焦强度B，克服束... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 论文研究意义
    1.2 直线注入器简介
    1.3 论文主要内容
第二章 直线注入器基本原理
    2.1 RFQ 加速器
        2.1.1 RFQ 基本原理
        2.1.2 RFQ 电磁场分布
        2.1.3 纵向动力学
        2.1.4 横向动力学
        2.1.5 束流动力学设计程序
    2.2 H 型 DTL 加速器
        2.2.1 单间隙加速
        2.2.2 纵向运动学
        2.2.3 横向运动学
        2.2.4 束流动力学设计程序
第三章 质子 RFQ 加速器束流动力学设计
    3.1 强流 RFQ 加速器参数选择
    3.2 束流动力学设计以及优化
        3.2.1 RFQ 加速器的设计方法
        3.2.2 束流动力学初步设计
        3.2.3 初步设计的束损分析
        3.2.4 强流 RFQ 束流动力学优化设计以及与初步设计比较分析
    3.3 小结
第四章 质子 RFQ 与 DTL 匹配动力学设计
    4.1 程序 LORASR 对匹配部分动力学设计
    4.2 程序 TRACEWIN 对匹配部分进行模拟传输对比
    4.3 小结
第五章 质子 DTL 动力学设计
    5.1 KONUS 束流动力学原理
    5.2 LORAS 程序完成 DTL 的 KONUS 动力学设计方案
        5.2.1 周期相移
        5.2.2 间隙能散和相位
        5.2.3 横、纵向包络（99%）
        5.2.4 归一化均方根发射度增长
        5.2.5 加速梯度
        5.2.6 四极铁梯度
    5.3 程序 TRACEWIN 中的 DTL 的模拟传输
    5.4 小结
第六章 铀束流 IH-DTL 的 KONUS 束流动力学
    6.1 项目背景
    6.2 LORAS 程序的 KONUS 动力学模拟结果
        6.2.1 入口束流 twiss 参数和相椭圆
        6.2.2 周期结构相移
        6.2.3 间隙能散和相位
        6.2.4 横、纵向包络（100%）
        6.2.5 归一化发射度增长
        6.2.6 流强冗余度分析
        6.2.7 加速梯度
        6.2.8 四极铁强度
    6.3 小结
第七章 结论
参考文献
附录一 质子 RFQ 输入文件
附录二 铀束流 DTL 输入文件
附录三 LORAS 对匹配部分设计、质子 DTL 设计输入文件
附录四 TRACEWIN 对匹配部分设计输入文件
附录五 TRACEWIN 对质子 DTL 设计输入文件
作者简介及在学期间的学术论文与研究成果



本文编号：3437176