【摘要】：近些年來,國際上質(zhì)子同步加速器得到了很大的發(fā)展。在強(qiáng)流質(zhì)子加速器方面,為了適應(yīng)高能物理、核物理和作為多學(xué)科應(yīng)用平臺(tái)的需要,越來越多的高功率質(zhì)子加速器應(yīng)運(yùn)而生,比如日本的J-PRAC,英國的ISIS以及正在建設(shè)中的中國的CSNS等；在弱流質(zhì)子加速器方面,以質(zhì)子治療為代表的醫(yī)學(xué)加速器的應(yīng)用獲得了快速發(fā)展。 對(duì)于質(zhì)子同步加速器而言,束流引出是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。引出方法的優(yōu)劣直接關(guān)系到引出束流的品質(zhì),因此他們通常是滿足不同束流應(yīng)用需求的關(guān)鍵所在。在過去幾十年中,國際上已經(jīng)發(fā)展出了一些成熟的引出方法,如強(qiáng)流同步加速器上的低束損單圈快引出,弱流同步加速器上的三階共振慢引出等。本論文的主要工作是研究出了三種新型引出方法,以豐富現(xiàn)有引出方法以及滿足一些特殊的應(yīng)用需求。 探測(cè)器測(cè)試對(duì)于許多研究領(lǐng)域,特別是粒子物理領(lǐng)域而言非常重要。為了開展探測(cè)器測(cè)試以及空間輻射效應(yīng)的研究,在高功率快循環(huán)同步加速器上設(shè)計(jì)了一套極弱束流寄生慢引出的方法。該方法在幾乎不影響主束流正常單圈引出的基礎(chǔ)上,得到流強(qiáng)極弱但比較穩(wěn)定且可以長(zhǎng)期供束或占空比相對(duì)較大的束流。盡管該研究是使用中國散裂中子源快循環(huán)同步加速器(CSNS/RCS)的參數(shù)得到,但是該方法同樣適應(yīng)于其它的強(qiáng)流質(zhì)子同步加速器。 本論文研究了一種從快循環(huán)同步加速器中引出非常短束團(tuán)的方法。該束團(tuán)壓縮方法是將束團(tuán)旋轉(zhuǎn),高頻磁場(chǎng)可控不同步與特殊低發(fā)射度注入相結(jié)合從而在快引出之前得到非常短的束團(tuán)。該方法已經(jīng)通過CSNS/RCS的參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。作為方案之一,通過犧牲三分之二的束流功率,可以將束團(tuán)長(zhǎng)度縮短為正常引出長(zhǎng)度的九分之一。這對(duì)于建在CSNS上用于核數(shù)據(jù)測(cè)量的白光中子源而言是非常有利的。當(dāng)然,在需要引出非常短束團(tuán)的時(shí)候,該方法也同樣適應(yīng)于其他的快循環(huán)同步加速器。 本論文還研究了一種利用特殊的反對(duì)稱六極磁場(chǎng)在半整數(shù)共振線附近從同步加速器中共振慢引出束流的方法。該方法可以應(yīng)用在需要非常穩(wěn)定束流的地方并且相對(duì)于常規(guī)六級(jí)磁場(chǎng)慢引出具有一些優(yōu)勢(shì)。優(yōu)勢(shì)之一是相對(duì)于常規(guī)三階共振引出,該方法可以工作在距離共振線相對(duì)較遠(yuǎn)的位置,這樣就可以顯著減小由于磁鐵電源的紋波導(dǎo)致的引出束流強(qiáng)度的變化。研究表明,在相同磁場(chǎng)強(qiáng)度以及到共振線距離相同的情況下,反對(duì)稱六極子驅(qū)動(dòng)的共振形成的穩(wěn)定區(qū)面積或者面積隨工作點(diǎn)擾動(dòng)的變化是對(duì)稱六極子的1/14。該方法可能應(yīng)用在粒子物理、核物理的外靶實(shí)驗(yàn)以及質(zhì)子或重離子治療方面。 在強(qiáng)流質(zhì)子同步加速器中,束流損失的控制非常重要。為了解決在中等規(guī)模高功率質(zhì)子同步加速器中動(dòng)量準(zhǔn)直方法準(zhǔn)直效率不高的問題,本論文研究了一種新型的動(dòng)量準(zhǔn)直方法一組合型動(dòng)量準(zhǔn)直方法。該方法通過設(shè)計(jì)兩套獨(dú)立的二級(jí)準(zhǔn)直系統(tǒng)和一套單級(jí)準(zhǔn)直系統(tǒng),可以極大地提高動(dòng)量準(zhǔn)直效率。此外,該研究還表明注入束流的相關(guān)性對(duì)于準(zhǔn)直效率有很重要的影響,通過反相關(guān)注入可以進(jìn)一步提高準(zhǔn)直效率。利用CSNS/RCS的Lattice以及參數(shù)對(duì)該方法做了詳細(xì)的多粒子模擬研究。結(jié)果表明對(duì)于幾百兆電子伏的質(zhì)子束動(dòng)量準(zhǔn)直效率可以超過90%。從而說明該動(dòng)量準(zhǔn)直方法是非常有效的。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL544
【圖文】：

故建造一臺(tái)穩(wěn)定可靠的高功率質(zhì)子加速器對(duì)散裂中子源而言是至關(guān)重要的。圖1.1給出了國際上一些主要的高功率質(zhì)子加速器。對(duì)于CSNS的質(zhì)子加速器設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段，第一階段設(shè)計(jì)的束流功率為100 kW(CSNS-I)，平均流強(qiáng)為62.5tiA，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后通過提高平均流強(qiáng)將束流功率升級(jí)至500 kW (CSNS-lDc? Existing ▲ Under construction ■ Proposed100 I \rpHi“ 、八 ： \ irrwns ? JRASCO^ in 廣' 、 、磁: 10 i / \E I 0服 I、 ...“廣、t ： 挪,夕、A *tss- . \Jpsic 0 "C^RNSPL1 - J-PARORCS一 ISIS-II ? ■ - ■ ■Proton Driver。 媝?、二A 斤 VAI,b^ -： ACSNS -^ ： 、 MAGS upgrade<C - 、.i-i?.A.kC7MR 瞧,‘\ VH^Al/Boostcr ?、. 肇 ■l?rojcei XQ Q 1 I I I I I'll il I I I I I I I I I I I I il l_i.丨,1 I I 10.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Kinetic energy(GeV)圖1.1國際上一些主要的

環(huán)中的同步運(yùn)動(dòng)也對(duì)能量分布有一定的影響。從圖中可以看出，束流多圈穿過膜后的能量損失并不大，能散增加了±0.2%左右，在±5MeV以內(nèi)，因?yàn)椴恍枰獞]這一部分粒子的單圈引出，這個(gè)能散是完全可以接受的。綜上比較的結(jié)果，們選取碳膜作為散射膜。

產(chǎn)生一個(gè)橫向向外偏移量，見公式（3.5)，控制這個(gè)偏移量的大小，即可以控制束流是否打到散射膜以及束流打到散射膜的深度。圖3.11給出了懫用固定場(chǎng)內(nèi)凸軌加散射膜的方法寄生慢引出弱束流的軌道描述。35I

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 方守賢;關(guān)遐令;唐靖宇;陳沅;鄧昌東;董海義;傅世年;焦毅;舒航;歐陽華甫;邱靜;石才土;孫虹;韋杰;楊梅;張旌;;ATPF a dedicated proton therapy facility[J];中國物理C;2010年03期

本文編號(hào)：2802977