發(fā)布時(shí)間：2020-08-02 10:24

【摘要】：作為診斷高能量密度物質(zhì)的備選方法之一,高能電子成像(HEER)技術(shù)近年來(lái)已成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)流重離子裝置上的高能量密度物理研究的診斷,中科院近代物理研究所決定建設(shè)國(guó)際上首個(gè)HEER實(shí)驗(yàn)專用平臺(tái)。該平臺(tái)的核心是一臺(tái)電子直線加速器(LINAC),其特色是包含有兩個(gè)不同類型的電子槍——熱陰極微波電子槍和光陰極微波電子槍,其中熱陰極工作模式用于靜態(tài)厚靶物質(zhì)診斷研究而光陰極工作模式用于4D動(dòng)態(tài)成像研究。論文采用ASTRA、Elegant和GPT等軟件對(duì)兩種注入模式下的電子加速器束流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行模擬和優(yōu)化,完成了用于HEER研究的電子直線加速器的設(shè)計(jì)和束流動(dòng)力學(xué)分析�；跓彡帢O的LINAC由熱陰極微波電子槍、α磁鐵和行波加速管等元件組成,其設(shè)計(jì)目標(biāo)是產(chǎn)生強(qiáng)流、低能散和短脈沖電子束。作為脈沖長(zhǎng)度壓縮和能量篩選的關(guān)鍵元件,論文對(duì)α磁鐵設(shè)計(jì)、模型磁場(chǎng)分布和測(cè)磁結(jié)果分別進(jìn)行了分析,對(duì)空間電荷力作用下的電子束在三維α磁鐵模型中的傳輸進(jìn)行了模擬,并對(duì)束流進(jìn)入角度進(jìn)行了優(yōu)化以減弱鏡板開(kāi)孔引起的磁場(chǎng)畸變對(duì)束流傳輸?shù)挠绊�。模擬分析了強(qiáng)流電子束在α磁鐵中的傳輸過(guò)程以及多束團(tuán)傳輸時(shí)束流之間相互作用,利用四極磁鐵對(duì)進(jìn)入α磁鐵的束流進(jìn)行匹配以優(yōu)化α磁鐵出口束流參數(shù)。在α磁鐵束流傳輸研究的基礎(chǔ)上,對(duì)熱陰極注入模式下LINAC的設(shè)計(jì)和束流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究,對(duì)LINAC進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。此外,對(duì)束流在電子槍出口到加速管入口的傳輸段中的空間電荷效應(yīng)進(jìn)行了分析,對(duì)LINAC參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,該LINAC可以提供能量約50 MeV,束團(tuán)電荷量達(dá)到150 pC,能散低至0.085%的短脈沖電子束。對(duì)LINAC進(jìn)行了初步調(diào)試,初步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。最后,對(duì)光陰極注入模式下LINAC的設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步研究。對(duì)兩種不同縱向分布的激光束下的LINAC參數(shù)分別進(jìn)行了模擬與優(yōu)化,對(duì)比分析了不同激光束下束流的特點(diǎn)。在該LINAC中提出使用雙發(fā)射度補(bǔ)償線圈的方式進(jìn)一步優(yōu)化束流發(fā)射度。在平頂激光束的模擬中發(fā)現(xiàn),當(dāng)束團(tuán)電荷量為0.4 nC時(shí)可以獲得能散為0.08%、發(fā)射度為0.88πmm?mrad的電子束,可以用于薄靶診斷時(shí)空間分辨能力提高的研究。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL53
【圖文】：

高能量密度物質(zhì)（High EnergyDensityMatters，HEDM）通常是指能量 1011J/m3、壓力超過(guò) 1MPa 的極端條件下的物質(zhì)[1]。近年來(lái)，高能量密High Energy Density Physics，HEDP）的研究引起越來(lái)越多科學(xué)家的關(guān)該研究領(lǐng)域與慣性約束聚變，材料物理，粒子加速器等研究領(lǐng)域有明顯交極其重要的科學(xué)意義[2]。HEDP 研究可以促進(jìn)天體物理、等離子體物理物理的研究，包括美國(guó)、德國(guó)以及中國(guó)等在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家都在積極地開(kāi)究[3]。在實(shí)驗(yàn)室中，有多種方法可以產(chǎn)生 HEDM，如采用高功率激光驅(qū)動(dòng)、高子束打靶或 Z-pinch 驅(qū)動(dòng)等方式，其中主流的方法是采用高功率激光[6][7]。美國(guó)的核爆模擬、核聚變點(diǎn)燃研究裝置 National IgnitionFacility（N圖 1.1）采用高功率激光驅(qū)動(dòng)的方式產(chǎn)生 HEDM，但首次點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)未能失敗的主要原因是對(duì)狀態(tài)變化過(guò)程的診斷缺乏有效的手段，靶丸壓縮過(guò)斷。

用于高能電子成像的電子直線加速器束流動(dòng)力學(xué)研究中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所（Institute of Modern Physics（IMP），ChineseAcademyofSciences（CAS））承擔(dān)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——強(qiáng)流重離子加速裝置HIAF（High Intensityheavy-ionAcceleratorFacility）（如圖 1.2），可以產(chǎn)生高流強(qiáng)、高能量、高束流功率的重離子束，可以為 HEDM 的產(chǎn)生提供所需的強(qiáng)流重離子束[10]。HIAF 裝置中一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)終端就是產(chǎn)生 HEDM，以研究慣性約束聚變中燃料靶核的壓縮過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)中，需要實(shí)時(shí)反饋靶核信息，對(duì)物質(zhì)狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)成像診斷，對(duì)診斷方式提出了新的要求[11][12][13]。

第 1 章 引言2016 年，IMP、THU 和 ANL 在清華大學(xué)再次進(jìn)行了 HEER 實(shí)驗(yàn)，此次實(shí)驗(yàn)采用專門(mén)設(shè)計(jì)的成像束線，成像時(shí)束線布局如圖 1.4 所示[38]。利用狹縫對(duì)電子束進(jìn)行了篩選以提高空間分辨能力，得到空間分辨達(dá)到約 6 m 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并首次在 HEER 中觀測(cè)到暗場(chǎng)成像[39]。此外，這次試驗(yàn)還對(duì)毫米量級(jí)的物質(zhì)進(jìn)行了成像診斷，驗(yàn)證了 HEER 在 HEDM 診斷中的可行性。同時(shí)，國(guó)內(nèi)其他單位也在進(jìn)行 HEER 相關(guān)研究，并取得了一定成果[40]。

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5 楊建俊;王峰;張?zhí)炀?王振輝;管鋒平;殷治國(guó);林軍;;小規(guī)模高性能并行計(jì)算機(jī)群PANDA的構(gòu)建[A];中國(guó)原子能科學(xué)研究院年報(bào) 2009[C];2010年

6 張?zhí)炀?李明;鐘俊晴;安世忠;魏素敏;;14 MeV回旋加速器的束流動(dòng)力學(xué)研究[A];中國(guó)原子能科學(xué)研究院年報(bào) 2009[C];2010年

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本文編號(hào)：2778387