高功率质子加速器腔体失效与高能传输线关键问题研究
发布时间：2022-10-10 10:47
加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）是用于核废料安全处置原理验证的国际首台兆瓦量级的ADS装置。系统设计功率10 MW,其中超导质子直线加速器能量500 MeV,束流流强5 mA,束流功率2.5 MW,连续波运行。CiADS已完成初步设计,即将开始建设。欧洲散裂中子源（ESS）是目前国际上设计功率最高的散裂中子源装置。ESS超导质子直线加速器设计能量2 GeV,平均流强2.5 mA,功率5 MW。ESS目前正在建设,已于2018年9月从离子源引出束流。以这两个加速器为代表的高功率质子加速器目前面临着一系列的挑战,包括强流束的空间电荷效应,高功率束流的束损控制,高功率RFQ和超导加速段的设计和稳定运行,以及高功率散裂靶对入靶束流分布的需求。这些挑战主要集中在超导段和高能传输线上。考虑到CiADS和ESS加速器的共性问题,本论文针对超导段和高能传输线开展了相关关键问题的研究:超导段腔体失效与再匹配研究,高能传输线上束损研究与控制,束流入靶的均匀化方法。超导腔失效后,束流在下游腔体处的同步相位会发生紊乱。为避免束流损失在超导腔内,需要在腔体失效后进行束流的再匹配。本论文以ESS超导直线加速器...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 高功率质子加速器介绍
1.1.1 高功率质子加速器调研
1.1.2 高功率质子加速器目前的挑战
1.2 腔体失效与高能传输线关键问题
1.2.1 腔体失效再匹配
1.2.2 HEBT束损控制
1.2.3 靶上均匀化
1.3 论文的意义及创新点
1.4 论文结构
第2章 加速器物理基础理论
2.1 粒子运动方程
2.2 Twiss参数与发射度
2.3 相移与传输矩阵
第3章 基于ESS加速器的腔体失效再匹配研究
3.1 ESS超导加速段介绍
3.2 腔体失效再匹配方案设计
3.2.1 传输矩阵
3.2.2 算法实现与优化
3.2.3 多粒子模拟验证
3.2.4 不同能量段腔体失效分析
3.2.5 空间电荷效应的考虑
3.2.6 腔体失效再匹配对高能传输线的影响
3.3 腔体失效再匹配研究对CiADS的借鉴意义
第4章 高功率束流在高能传输线上的束损控制研究
4.1 偏转段束损控制
4.1.1 色散理论基础
4.1.2 包络控制
4.1.3 入口能量变化对偏转段的影响
4.1.4 二极铁剩余磁场的影响
4.2 束晕控制
4.3 相移控制和管束比控制
4.3.1 相移平滑过渡控制
4.4 误差影响
4.4.1 入口束流误差
4.4.2 沿线元件误差
第5章 高功率束流的靶上均匀化
5.1 扩束研究
5.1.1 长漂移节扩束研究
5.1.2 Crossover研究
5.2 束斑均匀化研究
5.2.1 非线性场实现均匀化
5.2.2 扫描设计实现均匀化
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
附录A Matlab中几种波形的傅里叶展开
A.1 全域平滑的螺旋摇摆扫描波形
A.2 几种常见的波形
附录B Matlab中腔体失效分析
B.1 主脚本
B.2 遗传算法
附录C ESS腔体失效再匹配段的横纵向选取
C.1 SPK段
C.2 MBL与HBL段
C.3 特殊段
C.3.1 SPK段首
C.3.2 HBL段末
C.3.3 SPK段与MBL段连接处
C.4 总结
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]ADS中液态铅铋靶流动管道屏蔽计算[J]. 刘照青,赵泽龙,杨永伟,洪爽,孟海燕. 核技术. 2018(03)
[2]New concept for ADS spallation target: Gravity-driven dense granular flow target[J]. YANG Lei,ZHAN WenLong. Science China（Technological Sciences）. 2015(10)
[3]粒子加速器的发展历史[J]. 景心. 国外科技动态. 2005(02)
博士论文
[1]驱动离子束FFAG加速器与C-ADS输运中若干物理问题的探索研究[D]. 罗焕丽.中国科学技术大学 2013
本文编号：3689481
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 高功率质子加速器介绍
1.1.1 高功率质子加速器调研
1.1.2 高功率质子加速器目前的挑战
1.2 腔体失效与高能传输线关键问题
1.2.1 腔体失效再匹配
1.2.2 HEBT束损控制
1.2.3 靶上均匀化
1.3 论文的意义及创新点
1.4 论文结构
第2章 加速器物理基础理论
2.1 粒子运动方程
2.2 Twiss参数与发射度
2.3 相移与传输矩阵
第3章 基于ESS加速器的腔体失效再匹配研究
3.1 ESS超导加速段介绍
3.2 腔体失效再匹配方案设计
3.2.1 传输矩阵
3.2.2 算法实现与优化
3.2.3 多粒子模拟验证
3.2.4 不同能量段腔体失效分析
3.2.5 空间电荷效应的考虑
3.2.6 腔体失效再匹配对高能传输线的影响
3.3 腔体失效再匹配研究对CiADS的借鉴意义
第4章 高功率束流在高能传输线上的束损控制研究
4.1 偏转段束损控制
4.1.1 色散理论基础
4.1.2 包络控制
4.1.3 入口能量变化对偏转段的影响
4.1.4 二极铁剩余磁场的影响
4.2 束晕控制
4.3 相移控制和管束比控制
4.3.1 相移平滑过渡控制
4.4 误差影响
4.4.1 入口束流误差
4.4.2 沿线元件误差
第5章 高功率束流的靶上均匀化
5.1 扩束研究
5.1.1 长漂移节扩束研究
5.1.2 Crossover研究
5.2 束斑均匀化研究
5.2.1 非线性场实现均匀化
5.2.2 扫描设计实现均匀化
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
附录A Matlab中几种波形的傅里叶展开
A.1 全域平滑的螺旋摇摆扫描波形
A.2 几种常见的波形
附录B Matlab中腔体失效分析
B.1 主脚本
B.2 遗传算法
附录C ESS腔体失效再匹配段的横纵向选取
C.1 SPK段
C.2 MBL与HBL段
C.3 特殊段
C.3.1 SPK段首
C.3.2 HBL段末
C.3.3 SPK段与MBL段连接处
C.4 总结
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]ADS中液态铅铋靶流动管道屏蔽计算[J]. 刘照青,赵泽龙,杨永伟,洪爽,孟海燕. 核技术. 2018(03)
[2]New concept for ADS spallation target: Gravity-driven dense granular flow target[J]. YANG Lei,ZHAN WenLong. Science China（Technological Sciences）. 2015(10)
[3]粒子加速器的发展历史[J]. 景心. 国外科技动态. 2005(02)
博士论文
[1]驱动离子束FFAG加速器与C-ADS输运中若干物理问题的探索研究[D]. 罗焕丽.中国科学技术大学 2013
本文编号：3689481
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3689481.html
