【摘要】：蘭州重離子研究裝置HIRFL由四臺加速器組成：（1）扇聚焦回旋加速器SFC (SectorFocusing Cyclotron)；（2）分離扇回旋加速器SSC (Separate Sector Cyclotron)；（3）同步加速器CSRm (the main Cooling Storage Ring)；（4）儲存環(huán)CSRe (Cooling Storage Ring forExperimental)。SFC是HIRFL重離子研究裝置上唯一的注入器，SSC和CSR不能同時供束，限制了HIRFL的運行效率。為了進一步提高HIRFL系統(tǒng)的綜合性能，近代物理研究所擬建兩臺重離子直線注入器：一臺CW重離子直線加速器SSC-LINAC，作為SSC的注入器，為SSC提供0.58MeV/u或1.025MeV/u的強流連續(xù)重離子束，從SSC引出6MeV/u或10.7MeV/u的重離子束，既可以直接給實驗終端供束，又可以注入到CSRm中進一步加速；另一臺脈沖重離子直線加速器CSR-LINAC，作為HIRFL-CSRm的專用注入器，為CSRm提供7.272MeV/u的重離子束。本論文主要介紹了SSC-LINAC重離子直線加速器的動力學(xué)設(shè)計模擬、優(yōu)化和CSR-LINAC重離子直線加速器主要加速器結(jié)構(gòu)的動力學(xué)設(shè)計與研究。 針對分離扇回旋加速器SSC的特殊性，SSC-LINAC重離子直線加速器選擇了SSC的四倍頻作為直線加速器的工作頻率，并利用預(yù)聚束器對RFQ前的直流束進行預(yù)聚束，以達到提高SSC注入效率的目的。結(jié)合SSC-LINAC重離子直線加速器原動力學(xué)設(shè)計方案，本論文提出了雙間隙鋸齒波預(yù)聚束器的動力學(xué)設(shè)計方案。相比于單間隙鋸齒波預(yù)聚束器，雙間隙鋸齒波預(yù)聚束器在聚束效率和穩(wěn)定性上有了很大程度的提升。結(jié)合RFQ高頻測試結(jié)果，本論文對RFQ進行了系統(tǒng)的動力學(xué)研究和誤差穩(wěn)定度分析；并在新的設(shè)計理念指導(dǎo)下，重新設(shè)計了中能束流傳輸線。在新的動力學(xué)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，本論文對SSC-LINAC重離子直線加速器進行了end-to-end束流動力學(xué)模擬，并根據(jù)測磁數(shù)據(jù)分析，對SSC-LINAC重離子直線加速器進行了系統(tǒng)的組合誤差分析，提出了新的束流診斷方案、矯正磁鐵方案以及準直技術(shù)指標。 本論文還介紹了CSR-LINAC重離子直線加速器的概念性設(shè)計方案，從提升HIRFL重離子研究裝置運行效率和同步加速器總體性能兩個方面，具體闡述了CSR-LINAC建成后HIRFL的總體水平。本論文還提出了重離子直線加速器主要特征參量選擇的新方案，為重離子直線加速器的概念性設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，本論文提出了RFQ和IH-DTL動力學(xué)設(shè)計方案，并對其誤差穩(wěn)定性和單誤差敏感度進行了系統(tǒng)的分析。
【圖文】：

1.1 德國 GSI 重離子直線加速器德國 GSI 重離子研究裝置是目前國際上最大最先進的重離子大科學(xué)裝置可以開展關(guān)于核物理、原子分子物理、材料科學(xué)、生物生命科學(xué)等諸多方面究工作，GSI 重離子研究裝置總體布局如圖 1.1 所示。GSI 大科學(xué)裝置主要分線加速器和環(huán)形加速器兩部分，直線加速器 UNLINAC 作為環(huán)形加速器 SIS18入器，可以提供 11.4MeV/u 的重離子束，，束流強度可以達到幾個 emA。直速器 UNLINAC 可以加速從 C 到 U 的重離子束，最大質(zhì)荷比可達 65，其平面如圖 1.2 所示。UNLINAC 重離子直線加速器有兩條注入器（強流直線加速器和高電荷態(tài)直線注入器 HLI）、四臺離子源組成；離子源參數(shù)見表 1.1。在雙器后，Alvarez 加速段將束流進一步加速到 11.4MeV/u，然后注入到同步加SIS18 中。Alvarez 加速段主要參數(shù)見表 1.2，下面將詳細介紹強流直線加速器 高電荷態(tài)直線注入器 HLI 和用于 ESR 的重離子直線加速器 HITRAP。

圖 1.2 GSI 重離子研究裝置 UNLINAC 直線加速器平面布局圖。圖片摘自文獻[2表 1.1 GSI 重離子研究裝置離子源參數(shù)離子源 PIG, MUCIS, MEVVA最大質(zhì)荷比 65注入能量 2.2 keV/u速度 (β = v/c) 0.00217磁剛度 0.44 T.m吸極高壓 10 - 50 kV歸一化橫向發(fā)射度 ≤ 0.3 π·mm·mrad自然橫向發(fā)射度 ≤ 138 π·mm·mrad相對能量分散 ≤ ± 1·10-4表 1.2 Alvarez 加速段主要參數(shù)Alvarez 1 Alvarez 2 Alvarez 3 Alvarez 4工作頻率（MHz） 108.41 108.41 108.41 108.41能量（MeV/u） 3.6 5.9 8.6 11.4
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL503.3

【參考文獻】

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1 王志軍;優(yōu)化方法在直線加速器設(shè)計中的應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2013年

本文編號：2618177