当前位置:主页 > 硕博论文 > 工程博士论文 >

IH-DTL直线加速器的设计及实验研究

发布时间:2018-11-25 15:18
【摘要】:兰州重离子研究装置(HIRFL)目前由SFC(扇聚焦回旋加速器)、SSC(分离扇回旋加速器)、CSRm(冷却储存环主加速器)和CSRe(冷却储存环实验平台)构成,其中SFC作为唯一的注入器不能同时保证SSC与CSRm的供束。为了提高整个HIRFL的运行效率,近代物理研究所为SSC专门设计了一台CW运行的重离子直线注入器,能够为SSC提供能量为0.58MeV/u或者1.025MeV/u,质荷比为3-7的强流连续的重离子束。它由一台ECR离子源、一台RFQ和四台IH-DTL构成。本论文从动力学优化设计出发,依次对SSC直线注入器IH-DTL1的高频仿真设计、高频腔体测量、功率耦合器设计、高功率锻炼和束流调试进行讨论分析,同时束流动力学相关的PIC粒子跟踪模拟贯穿整个论文。对IH-DTL1腔体测量以及功率锻炼过程中发现的问题做出了分析并解决,且在IH-DTL2的设计中进行了针对性的优化。通过SSC直线注入器RFQ及IH-DTL1的束流实验,验证了其动力学设计的有效性。通过对SSC直线注入器IH-DTL1的动力学模拟分析,发现了其在保证束流品质的前提下引出能量在一定范围内连续可调的特性,并通过初步的束流实验进行了验证。另外通过对IH-DTL3、4进行束流动力学研究提出来将其合并成一个加速腔改进方案,使整个SSC直线注入器更加紧凑。基于在SSC直线注入器设计和调试的经验,近代物理研究所为医用重离子装置HIMM提出了注入器的升级改造项目即采用紧凑型直线注入器代替原来的回旋加速器。采用直线注入器能够大提高同步环注入束的流强及束流品质。本论文针对HIMM直线注入器的束流要求进行了主加速段DTL的动力学设计,采用了KONUS束流动力学方案使得加速梯度非常高,从而整个DTL可由一个独立的IH型加速腔实现。通过对加速结构的优化,将该DTL中束流发射度增长限制在10%,并且有足够强的误差容忍性。根据动力学设计的结果进行了腔体高频设计,着重对IH-DTL的电场分布、调谐器调谐能力及耦合器的优化选择进行分析讨论,最终确定了腔体的结构。最后基于高频设计得到的腔体电场分布对HIMM直线注入器DTL段进行全面的束流动力学模拟计算,增加了设计的可靠性。通过上述SSC直线注入器和HIMM直线注入器的设计研究,为近物所常温直线加速器的设计和运行积累了丰富的经验。
[Abstract]:At present, the Lanzhou heavy Ion Research Facility (HIRFL) is composed of SFC (Fan focusing Cyclotron,), SSC (separated Fan Cyclotron,), CSRm (cooling Storage Ring main Accelerator) and CSRe (cooling Storage Ring Experimental platform). SFC as the only injector can not guarantee the supply of SSC and CSRm at the same time. In order to improve the efficiency of the whole HIRFL, the Institute of Modern Physics specially designed a CW running heavy ion linear injector for SSC, which can provide the SSC with energy of 0.58MeV/u or 1.025 MeV / u. A continuous heavy ion beam with a mass charge ratio of 3 to 7. It consists of one ECR ion source, one RFQ and four IH-DTL. Starting from the dynamic optimization design, this paper discusses and analyzes the high-frequency simulation design of SSC linear injector IH-DTL1, the measurement of high-frequency cavity, the design of power coupler, the high-power training and beam debugging. At the same time, the PIC particle tracking simulation related to beam dynamics runs through the whole thesis. The problems found in the measurement of IH-DTL1 cavity and power training are analyzed and solved, and the design of IH-DTL2 is optimized. The effectiveness of the dynamic design is verified by the beam experiments of SSC linear injector RFQ and IH-DTL1. Through the dynamic simulation analysis of SSC linear injector IH-DTL1, it is found that the energy can be continuously adjustable in a certain range under the premise of ensuring the beam quality, and it is verified by a preliminary beam experiment. In addition, the beam dynamics of IH-DTL3,4 is studied to combine it into an improved scheme of accelerating cavity, which makes the whole SSC linear injector more compact. Based on the experience of designing and debugging the linear injector in SSC, the Institute of Modern Physics has proposed an upgrade project of the injector for the medical heavy ion device HIMM, that is, the compact linear injector is used instead of the original cyclotron. The linear injector can greatly improve the current intensity and beam quality of the synchronous ring injection beam. In this paper, the DTL dynamic design of the main acceleration section is carried out according to the beam requirement of the HIMM linear injector. The KONUS beam dynamics scheme is adopted to make the acceleration gradient very high, so that the whole DTL can be realized by an independent IH cavity. By optimizing the accelerating structure, the beam emittance increase in the DTL is limited to 10%, and the error tolerance is strong enough. According to the results of dynamic design, the cavity high frequency design is carried out. The electric field distribution of IH-DTL, tuner tuning ability and the optimum selection of coupler are analyzed and discussed. Finally, the structure of cavity is determined. Finally, the beam dynamics of the DTL segment of the HIMM linear injector is simulated based on the electric field distribution of the cavity obtained by the high-frequency design, which increases the reliability of the design. Through the design and research of the SSC linear injector and the HIMM linear injector, rich experience has been accumulated for the design and operation of the near-object normal temperature linear accelerator.
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TL53

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵书学;;直线加速器灯光野切换故障维修与分析[J];医疗卫生装备;2011年01期

2 袁曾慰;直线加速器检查故障的常用方法[J];中国放射肿瘤学;1987年02期

3 吕原;;美国联邦政府科学家说不准备采用直线加速器生产氚[J];国外核新闻;1989年07期

4 来启云,王佐仁;直线加速器开展立体定向放射外科的机器保证[J];中华放射肿瘤学杂志;1995年01期

5 张兵,陈志远;Siemens MEVATROM77型直线加速器故障维修[J];医疗装备;2000年12期

6 黄贤湛;直线加速器剂量监测系统的监测[J];国际医药卫生导报;2001年10期

7 葛和平,李军;正确安全使用西门子-6MV直线加速器[J];医疗设备信息;2002年12期

8 钟青松;谈直线加速器正确使用和保养的重要性[J];医疗设备信息;2003年07期

9 郑溪园,肖黎明;西门子直线加速器注入电路常见故障的分析与排除[J];医疗设备信息;2003年08期

10 何红尔;直线加速器常见故障分析与维修[J];医疗卫生装备;2004年08期

相关会议论文 前10条

1 陈渝;吴晓东;万久庆;张翔;;直线加速器554例器件故障统计分析[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

2 郑溪园;余玉娇;;西门子直线加速器注入器常见故障的分析[A];第七届全国医用加速器学术交流会论文集[C];2006年

3 王新;蒋新岳;冯国华;;VARIAN CL-2300C/D直线加速器能量转换故障维修[A];新疆医学工程学会第四届学术年会论文汇编[C];2002年

4 钟鹤立;郑溪园;;西门子直线加速器剂量电路引起的平坦度及对称性联锁故障[A];第七届全国医用加速器学术交流会论文集[C];2006年

5 叶志雄;;对直线加速器安全和防护的认识[A];2007第六届全国放射肿瘤学学术年会论文集[C];2007年

6 陈卫彬;程江波;;直线加速器联锁原理[A];第八届全国医用加速器学术交流会论文集[C];2009年

7 罗伟;王良红;郑伟;张龙;;Varian CL-6/100直线加速器循环水泵的修复[A];中华医学会医学工程学分会第七次学术年会论文集[C];2004年

8 柴向东;毕光迎;李智敏;汤林;;BJ-4直线加速器的保养[A];第七届全国医用加速器学术交流会论文集[C];2006年

9 董赛;;直线加速器微波相位检测与调控研究[A];第三届全国加速器技术学术交流会论文摘要集[C];2007年

10 李金海;;DTL动力学初步设计[A];中国原子能科学研究院年报 2009[C];2010年

相关重要报纸文章 前9条

1 记者  王建宏;宁夏参与建设世界最大的超导直线加速器工程[N];宁夏日报;2006年

2 记者 宜秀萍;甘肃省引进首台双光子高能直线加速器[N];甘肃日报;2008年

3 驻沪见习记者  陈蕾;医院缺钱买设备,可向国外贷款?[N];医药经济报;2007年

4 记者 苏海峰 通讯员 于雪梅;15Mev直线加速器工业CT系统通过验收[N];内蒙古日报(汉);2008年

5 刘琰 丁敏 周茜;亚洲首台亚瑟刀在市一院投用[N];常州日报;2012年

6 华凌;美打造高强度窄波段X射线激光束[N];科技日报;2012年

7 衣晓峰;中子刀配合直线加速器治疗恶性肿瘤[N];中国医药报;2005年

8 邓润青;“把病人当亲人”[N];衡阳日报;2006年

9 齐芳;全球物理学家准备共建新一代高能加速器[N];光明日报;2007年

相关博士学位论文 前3条

1 杜衡;IH-DTL直线加速器的设计及实验研究[D];中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所);2017年

2 王志军;优化方法在直线加速器设计中的应用[D];兰州大学;2013年

3 李吉浩;合肥光源直线加速器条带BPM系统的研制[D];中国科学技术大学;2006年

相关硕士学位论文 前5条

1 陈富升;Elekta Precise直线加速器辐射参数的研究[D];山东大学;2016年

2 单国平;基于IAEA标准的直线加速器TLD剂量核查方法研究[D];清华大学;2015年

3 杨程;VARIAN2300C/D直线加速器运行可靠性的分析研究[D];南华大学;2013年

4 张俊;直线加速器治疗床控制系统的设计与开发[D];广东工业大学;2012年

5 许闯;R600 Linac运动单元位置与速度反馈控制的实现[D];东北大学;2010年



本文编号:2356566

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/2356566.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户23183***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com