【摘要】：核裂變能產(chǎn)生的高放射性廢料對生物圈和人類帶來長遠(yuǎn)的核污染威脅,加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)是目前最有效的核廢料處理方案。為進(jìn)行ADS的關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研,中科院啟動了“未來先進(jìn)核裂變能”先導(dǎo)專項(xiàng)項(xiàng)目,其中近代物理研究所負(fù)責(zé)設(shè)計和建造中國ADS注入器樣機(jī)II。注入器樣機(jī)II的主要目的是,研究直線加速器低能段的物理問題及技術(shù)可行性,提供可能的低能段的加速器方案。論文的主要工作是設(shè)計、建造和調(diào)試注入器樣機(jī)II的中能束流傳輸線一(MEBT1)。作為世界上第一臺目標(biāo)為10 mA強(qiáng)流連續(xù)束從RFQ到超導(dǎo)段匹配的MEBT1,為了控制束流品質(zhì),降低非線性高頻場和空間電荷力帶來的發(fā)射度增長,實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)段極低束流損失的要求,MEBT1采用了緊湊型的布局。MEBT1采用了兩個1/4波長聚束器以實(shí)現(xiàn)束流的縱向匹配,采用了兩套三組合四極磁鐵和一個校正用四極磁鐵以實(shí)現(xiàn)從RFQ出口非對稱束到超導(dǎo)段入口對稱束的橫向匹配。MEBT1具有大范圍的匹配能力來滿足后續(xù)超導(dǎo)段的要求。MEBT1設(shè)計了刮束器以刮除束暈來降低超導(dǎo)段的束流損失。通過將校正磁鐵和BPM內(nèi)置于四極磁鐵等方式實(shí)現(xiàn)了MEBT1緊湊型的布局。MEBT1布置了束診盒子以進(jìn)行在線束流的診斷。通過MEBT1 BPM的束流標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)了MEBT1的軌道校正。通過MEBT1的發(fā)射度測量和lattice驗(yàn)證,理解了MEBT1的橫向束流傳輸過程。通過MEBT1聚束器的掃相,以及腔壓和相寬的驗(yàn)證,大致理解了MEBT1的縱向束流傳輸過程。單腔超導(dǎo)加速單元(TCM1)10 mA連續(xù)束的穩(wěn)定運(yùn)行,六腔超導(dǎo)加速單元(CM1)5.3 MeV,10 mA,100 us脈沖束100%的傳輸效率和CM1 2.7 mA,5.1MeV連續(xù)束5分鐘的運(yùn)行,表明MEBT1實(shí)現(xiàn)了從RFQ到超導(dǎo)段的束流匹配,使得注入器樣機(jī)II成為目前國際上平均流強(qiáng)和束流功率最高的低能超導(dǎo)直線加速器。本文還進(jìn)一步對MEBT2和HEBT進(jìn)行了設(shè)計研究。在MEBT2方面,首次給出了MEBT2縱向刮束方案的設(shè)計,從動力學(xué)模擬上實(shí)現(xiàn)了縱向束暈的刮束。
【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】：2015
【分類號】：TL503.3
【圖文】：

中國 ADS 注入器樣機(jī) II 束流傳輸線的射性廢物 MA 和 LLFP 的處理成為制約核能發(fā)展的瓶頸，而利為幾百年壽命的核素則可以解決這個問題[2]。目前國際上有兩的快中子來對 MA 和 LLFP 嬗變，一種是利用快中子增值反應(yīng)用加速器產(chǎn)生快中子，即加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆系統(tǒng)，Acub-critical system(ADS)[3][4][5][6][7][8]。系統(tǒng)由高功率質(zhì)子加速器，重金屬散裂靶和次臨界嬗變反應(yīng)堆生高功率的質(zhì)子束流，轟擊重金屬靶并發(fā)生散裂反應(yīng)，產(chǎn)生動和維持次臨界堆芯的核嬗變反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量輸出和產(chǎn)生一.1 為 ADS 的原理示意圖。

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本文編號：2756350