魏绪波[1]（2021）在《6×1012n/s强流中子发生器ECR离子源与前分析系统研制》文中研究表明DD/DT强流中子发生器是重要的准单能中子源,可应用于中子照相、核数据测量、中子探测器标定、抗辐射加固及材料辐照等,在科研、医疗、生产与军事领域均有广泛应用价值。兰州大学在研制一台强流中子发生器,预期DD中子产额6×10109)/,DT中子产额6×1012n/s。该中子发生器主要由倍压高压电源、2.45 GHz电子回旋共振（Electron Cyclotron Resonance,ECR）离子源、前分析系统、加速管和旋转靶等几部分组成,ECR离子源产生的强流氘离子束经前分析系统注入400 k V静电加速管,加速后轰击氘靶或氚靶产生中子。本论文围绕6×1012n/s强流中子发生器的离子束需求,完成了ECR离子源与前分析系统的研制。ECR离子源用于为强流中子发生器提供所需离子束,设计目标是引出60 m A氘离子束,调试状态下引出80 m A氢离子束。前分析系统主要作用是分离离子源引出束流中的多原子离子,降低加速管电流负载,提高靶寿命和中子产额,同时调整束流以匹配加速管注入需求,前分析系统束流强度设计指标为输出35 m A D+束或50 m A质子束。主要工作内容如下:完成了一台全永磁ECR离子源束流调试与改进工作。引出孔为6 mm,引出电压为50 k V时,离子源能够引出大于80 m A的氢离子束。离子源可以在较大的进气量（0.5-10 sccm）与微波功率（300-800W）变化范围内工作,引出束流强度峰值一般出现在进气量为1.7-2.0 sccm,微波功率400-700 W之间。放电腔中轴线上磁感应强度接近875 G,微波窗附近磁感应强度较高且存在ECR共振面时,更容易引出较强的离子束。微波窗材质与厚度对引出束流强度和质子比有显着影响,2 mm厚的氮化铝微波窗可以获得更高的引出流强与质子比。针对ECR离子源强直流束引出工作状态下,微波窗易损坏的问题,研究了微波窗在微波、等离子体和回流电子作用下的温度和应力分布。结果表明增强水冷效果可以降低微波与等离子体对微波窗影响,增加陶瓷微波窗表面氮化硼厚度可以降低回流电子束的影响,减小微波窗损坏概率,延长离子源寿命。针对ECR离子源引出区打火问题,总结分析了不同打火现象成因及应对,在此基础上改进了离子源引出系统,降低了引出区打火频率。完成了前分析系统设计,前分析系统可传输80 m A/50 ke V的氢离子束或60m A/50 ke V的氘离子束,能够完全分离束流中的多原子离子并匹配加速管注入需求。前分析系统由螺线管、校正磁铁、分析磁铁、三重四极透镜及真空系统等组成,计算了前分析系统束流传输包络和各磁铁磁场分布。完成了ECR离子源与前分析系统实验平台的搭建和调试。离子源引出氢离子束大于70 m A时,前分析系统末端质子束流强大于50 m A,束流半径小于20mm,可以满足强流中子发生器对束流强度的需求。
童金[2]（2021）在《衍射极限环注入切割磁铁技术研究》文中研究说明随着现代加速器技术的深入发展,更高亮度和品质的同步辐射光成为用户进行科学实验的新追求。作为下一代光源发展的重要方向,衍射极限储存环（Diffraction-Limited Storage Ring,DLSR）光源的标识特征就是其储存环束流发射度低至辐射光的衍射极限,具有非常好的横向相干性,亮度也比第三代光源提高约两个量级,为生命科学、材料能源及医药化学等领域带来全新发展机遇。衍射极限储存环光源在lattice设计中通常采用多弯铁消色散（Multi-Bend Achromat,MBA）磁聚焦结构并增强四极磁铁,从而增加同步辐射阻尼,达到降低束流发射度的目的。另一方面,强聚焦导致束流色品需要补偿,而为补偿色品而增强的六极铁会引入强大的非线性,进而导致储存环光源的动力学孔径（Dynamic Aperture,DA）通常只有2至5 mm,比第三代同步辐射光源小约一个数量级。动力学孔径指标的大幅下滑导致很多在第三代光源已经成熟的技术无法继续沿用。在第三代同步辐射光源中,采用局部脉冲凸轨方式可以实现束流注入;但在小DA的DLSR中,采用在轴注入方式（分为在轴替换式注入和在轴纵向注入）或脉冲多极铁离轴注入等方式来实现束流注入。研究利用快冲击器（如strip-line kicker）搭配薄切割磁铁在轴注入的方式解决DLSR中传统局部脉冲凸轨方式束流无法注入的难题,重点聚焦薄切割磁铁的研制。文章先对切割磁铁相关参数和涡流屏蔽相关理论进行计算分析,进而对切割板小于1 mm的涡流板型切割磁铁开展有限元仿真分析,利用磁场分析软件Opera 2D Transient Analysis（TR）模块/3D ELEKTRA（TR）模块对薄切割磁铁主漏场及涡流场随时间演变等过程进行动态分析,重点关注在不同切割厚度下、不同励磁波形下以及不同切割板材料厚度配比下漏场指标的变化,从而得到薄切割磁铁切割板的厚度与材料最佳配比,以及包含励磁波形的综合最优解;同时也对磁铁温度分布进行了简要的仿真分析。薄切割磁铁的结构与工艺设计方面,重点关注了薄切割板结构和工艺的优化,特别是薄切割板的加工工艺以及与高磁导率屏蔽材料的贴合等。另外,也对一体胎具成型无氧铜线圈、无取向硅钢磁芯的冲压制片等工艺环节进行讨论分析。完成切割磁铁的总装集成后,搭建了包括点线圈、长线圈、半正弦波底宽脉冲励磁电源以及三维电动平台组成的动态磁场测量系统进行厚薄两块切割磁铁的磁场测量工作。为了更精确的对切割磁铁主漏场磁感应强度积分值进行测量,对测试用点线圈及长线圈所感应的电压值进行积分降噪处理,以提升该磁测系统对微弱漏场的探测能力;全面测试完成了切割磁铁主场间隙均匀性、端部场磁通密度分布以及涡流场随时间和距离的衰变特性,并与数值分析计算结果进行对比分析。三维动态计算和磁场相关参数实测均表明,该厚薄两块切割磁铁在主场均匀性、沿束流方向主场积分值以及切割板外3 mm处主漏场比值（优于0.1%）均能满足衍射极限储存环光源相应物理指标。最后,在设计、研制与测试完成的基础上进行了总结并提出了一系列优化措施。本课题的研究为未来先进光源储存环注入设计奠定了一定基础。
窦为平[3]（2021）在《强流紧凑型离子直线加速器关键物理问题研究》文中指出离子直线加速器具有广泛的用途。例如基于离子直线加速器的高亮度中子源是人类进行材料辐照、中子成像、肿瘤治疗等领域的重要研究工具。其所用加速器的输出能量通常在兆电子伏到数十兆电子伏范围内。随着应用需求的不断加强,中子源日益趋于小型化、一体化以及可移动化发展,其对加速器带来的挑战主要有两个方面:一是物理上实现强流束的高效传输,二是技术上实现集约化和小型化。离子加速器实现强流束的高效传输,主要有两个方向的困难:一是克服强的空间电荷效应;另一个是由于追求紧凑化与集成化后,在可调参数减少的情况下,实现不同加速结构之间的匹配。对于第一个问题,论文对RFQ内强流束的高效传输、纵向发射度控制以及低能粒子与主束团的分离进行了研究。以10 m A质子RFQ设计为实例,进行了四段论、小能量接受度以及全粒子优化设计不同方法的设计,结果表明全粒子优化设计方法既能使RFQ出口99.9%纵向发射度降低,也能实现低能粒子与主束团的分离。对RFQ内的空间电荷效应非线性补偿进行了研究,以30 m A质子束传输为实例,从外聚焦场入手,着重研究了RFQ具有时间和空间周期性的有效势函数的求解。针对抛物线分布的束流,开展了数值补偿研究,并在考虑补偿情况下,得到了RFQ横纵向电极加工数据。进行了不同横向分布的束流通过RFQ时,RFQ传输效率和出口束流品质的对比研究。利用Particle-Core模型,分析了空心束时,RFQ传输效率高的原因。对通过粒子和丢失粒子的行为差异进行了研究,结果表明粒子发生损失时,或者周期相移明显不同,或者具有较大的初始四维发射度。针对第二个问题,论文对RFQ与DTL的紧凑匹配进行了研究,以11 Me V,30 m A氘离子束无MEBT的紧凑物理设计为实例,对单位长度相移平滑过渡、RFQ过渡单元对横向相空间的旋转能力、DTL横纵向接受度优化等问题进行了研究。研究结果表明,在去除MEBT之后,RFQ与DTL可以实现横纵向的匹配。考虑到去除MEBT后,几乎不具备在线重新匹配的能力,对各种运行工况对传输效率和出口束流品质的影响进行了详细地分析,提出了各参数的边界条件。RFQ和DTL直接耦合是实现集约化的可行途径之一,对四翼型RFQ与CH-DTL的直接耦合进行了研究,着重研究了耦合的实现、耦合腔的调谐以及叠加场对束流传输的影响,分析了影响四翼型RFQ与CH-DTL两腔场幅值比的因素。基于高频研究结果,完成了带约束的耦合腔动力学设计,最终得到了一套完整的耦合腔动力学和高频设计方法。研究结果表明,RFQ与CH-DTL两边幅值比在16.5到36.2之间,在叠加场的影响下,出口发射度差异小于1%。开展了750 MHz耦合腔的加工和冷测,测量结果表明,测量和模拟的归一化电场系数基本符合。提高腔体的工作频率是实现加速器小型化的途径之一,以10 Me V RFQ+DTL的物理设计方案为实例,进行了750 MHz RFQ和DTL加速器的动力学设计、高频设计以及多物理场分析,并对设计方案进行了从头到尾的多粒子模拟验证。结果表明在小于3 m的长度内就能将质子束能量加速到大于10 Me V。通过对DTL单元动力学与高频的闭环设计,确定了每个间隙的有效电压设计的合理性。通过小孔径、高梯度永磁铁样机的加工和测试,确定了四极铁梯度的合理范围。本论文对强流紧凑型离子直线加速器中的关键物理问题进行了初步研究,并开展了耦合腔模型腔和永磁铁样机的加工和测量,测试结果与模拟符合较好,为紧凑离子直线加速器小型化、一体化以及可移动化积累了一定的经验。
陈孝强[4]（2021）在《HIAF/BRing超薄壁陶瓷内衬真空管道涡流及阻抗研究》文中认为强流重离子加速器HIAF/BRing在加速离子的过程中,二极磁铁最快磁场变化速率为12 T/s的变化磁场会在磁铁铁芯和不锈钢真空管道的管壁中产生涡流效应。为了减小真空管道的涡流效应,HIAF项目团队提出BRing二极磁铁和四极磁铁段真空管道采用0.3 mm超薄壁不锈钢真空管道设计方案,并在管道内衬添加陶瓷环支撑以避免薄壁管道受力形变过大。在陶瓷内衬真空管道中,陶瓷环会引入宽带阻抗,对陶瓷环及其他元件引入的宽带阻抗、电阻壁阻抗、窄带阻抗和空间电荷效应等效阻抗进行了详细研究,并构建了 BRing全环的阻抗模型。基于BRing阻抗模型开展了束流集体不稳定性分析,依据束流集体不稳定性分析结果详细研究了陶瓷环的阻抗减小措施。基于法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程推导了涡流磁场和涡流损耗的解析计算公式,并借助电磁仿真软件OPERA进行瞬态电磁场分析和涡流损耗温升数值模拟。研究结果显示:对于0.3 mm超薄壁真空管道,涡流磁场造成的初始磁场衰减为9.69 Gs、延迟为80.706 μs;在真空管道外侧未添加3 mm纳米保温层的情况下,涡流损耗引起的真空管道温升△T=42.39℃;考虑涡流磁场的影响以后,二极磁铁好场区内的横向磁场均匀度（2.354×10-4）和纵向积分磁场均匀度（1.981×10-4）满足物理设计指标（<3×10-4）;涡流洛伦兹力（240.861 N）远小于大气压力（3.103×104 N）,对真空管道的影响可以忽略;同时,详细研究了涡流磁场四极分量对束流横向工作点的影响和涡流磁场六极分量对束流色品的影响。在陶瓷内衬真空管道中,陶瓷环会引入宽带阻抗,通过解析计算和数值模拟对陶瓷环引入的宽带阻抗进行了详细研究,并针对陶瓷内衬真空管道样机开展阻抗测量。研究结果显示:纵向和横向阻抗的解析计算和数值模拟结果吻合较好,阻抗测量结果与解析计算结果存在偏差,对引起偏差的原因进行了分析。基于陶瓷环阻抗的研究方法,通过解析计算和数值模拟,对BRing中的空间电荷效应等效阻抗、电阻壁阻抗、磁合金腔体阻抗、kicker磁铁阻抗以及其他元件引入的宽带阻抗进行了详细研究,通过编写的python代码构建了在BRing几种典型加速离子注入和引出能量下的阻抗模型。基于BRing全环阻抗模型以及质子束流参数,通过解析计算的方法研究了质子束流的横向模耦合不稳定性,验证了“BRing中横向宽带阻抗会引起横向模耦合不稳定性”的结论。为了抑制横向模耦合不稳定性,需要BRing全环水平和垂直宽带阻抗分别减小67.427%和69.834%。在BRing中,相比于其他元件,陶瓷环对BRing全环横向宽带阻抗的贡献超过了 72%。因此,详细研究了陶瓷环阻抗减小措施。首先,通过优化陶瓷环设计:用YSZ替代Al2O3制作陶瓷环并将陶瓷环厚度由5mm减小为3mm,来减小陶瓷环的横向阻抗。其次,针对优化设计的陶瓷环,考虑在陶瓷环表面镀导电金属膜减小陶瓷环的横向阻抗,通过数值模拟给出镀金膜建议厚度为1μm。最后,针对镀金陶瓷内衬真空管道样机进行了阻抗测量,验证了在陶瓷环外表面镀1μm金膜减小陶瓷环横向阻抗的可行性。研究结果显示:通过对陶瓷环进行优化设计并在陶瓷环表面镀1μm金膜以后,陶瓷环的水平宽带阻抗减小了 87.346%,垂直宽带阻抗减小了 89.176%。对于质子引出能量下的阻抗模型,BRing全环横向宽带阻抗可以由镀膜前的Z1H（ω）=-6.195i×105 Q/m 和Z1V（ω）=-6.307i×105 Q/m,减小到镀膜以后的Z1H（ω）=-1.966i×105 Q/m和Z1V（ω）=-2.225i×105 Ω/m,分别减小了 68.265%和64.722%。横向水平的宽带阻抗能够被减小到横向模耦合不稳定性的阻抗阈值以下,横向垂直方向的宽带阻抗能够被减小到接近横向模耦合不稳定性的阻抗阈值,配合BRing中的横向束流反馈系统,可以有效抑制横向模耦合不稳定性的发生。
宋文彬[5]（2021）在《HALF储存环新型脉冲磁铁设计研究》文中研究表明同步辐射（Synchrotron Radiation,SR）光源经过几十年的发展已经成为许多科学领域的重要工具。从寄生于高能对撞机的第一代同步辐射兼用机开始,同步辐射光源装置目前已经逐步发展到第四代了。第二代同步辐射光源作为专用机,主要依靠弯转磁铁来产生同步辐射光,而后为了进一步增加同步辐射光亮度,使用了在光源装置的直线段上增加插入件的方式,这就是第三代同步辐射光源。近几年,一种基于衍射极限储存环（Diffraction-Limited Storage Ring,DLSR）的第四代同步辐射光源被提出,其最大特点就是束流水平自然发射度极低,接近X射线的衍射极限。由于束流发射度的降低,储存环上所需的四、六极铁的强度将急剧增加,这会引起很强的非线性效应,导致动力学孔径很小,使得传统的凸轨注入法变得非常困难,因此需要采用新的注入方式。合肥先进光源（HefeiAdvanced Light Facility,HALF）是国家同步辐射实验室（National Synchrotron Radiation Laboratory,NSRL）提出的第四代衍射极限储存环型同步辐射光源,其预研工作已圆满结束,各系统部件已于去年完成验收。合肥先进光源新的lattice设计使储存环的动力学孔径从以前的2mm增加到现在的10mm左右,因此可以采用单块脉冲磁铁的束流注入方法。这种注入方法属于离轴注入,脉冲磁铁一般安装在切割磁铁下游,由于其中心处磁场强度与梯度接近于零,对储存电子束的干扰很低。本论文设计研究了一种新型的非线性冲击磁铁（Nonlinear Kicker,NLK）,计划用于合肥先进光源的离轴注入。介绍了单脉冲磁铁注入方案的原理与布局,根据合肥先进光源的注入要求确定了非线性磁铁的设计参数。使用Opera软件对非线性磁铁以及镀膜陶瓷真空室进行了磁场的模拟计算,确定了磁铁的基本结构参数。加工了磁铁和陶瓷室的样机,对样机进行了磁场测量,实际测到的场型与模拟场型基本一致,并对测量过程中出现的问题做出了改进。使用CST软件模拟仿真了磁铁的s参数、束流尾场、纵向束流耦合阻抗与损失因子。搭建了纵向束流耦合阻抗测量平台,使用同轴线法测量并计算了非线性磁铁与比较件的s参数、纵向束流耦合阻抗及损失因子,得到了束流通过磁铁时的损失能量。
王耿[6]（2020）在《HIMM与HIAF装置同步加速器闭轨校正》文中研究表明闭轨是带电粒子束在同步加速器中横向振荡的参考轨道。由于加速器中各磁铁元件存在场误差与准直误差,理想的闭轨发生畸变,影响物理孔径的有效利用并降低束流品质。本文对闭轨畸变进行了理论分析,介绍了闭轨校正的基本原理,完成HIMM与HIAF装置中不同类型的同步加速器闭轨校正系统设计,采用奇异值分解（SVD）算法进行全环闭轨校正模拟与测试。在模拟计算过程中,除了考虑场误差和准直误差外,也对用于闭轨校正的束流位置探测器和校正子误差进行了分析。HIMM是小型化医用重离子治疗装置,其同步加速器设计极为紧凑。HIMM闭轨校正的特点是由于二极铁的偏转角度较大,其误差对校正后的闭轨影响较大,二极铁纵向安装误差引入的闭轨增长无法通过全环闭轨校正来消除。同时由于纵向空间的限制,校正元件的分布不够理想,对闭轨校正效果有一定影响。文中对HIMM同步加速器闭轨校正进行了详细的模拟,首次针对二极铁纵向安装误差作了详细分析并提出解决方案。同时在HIMM上进行了带束响应矩阵与色散函数测量,并开展了闭轨校正测试,模拟计算结果和测试结果符合较好。强流重离子加速器装置HIAF的主加速器包括增强器BRing和高精度环形谱仪SRing。文中对BRing和SRing的闭轨校正进行了详细模拟分析,完成校正元件的布局与相关参数的优化,并对束流准直系统提出了要求。BRing光学近似为周期性的FODO结构,研究发现基于奇异值分解的闭轨校正算法具有明显的谐波校正特性,并在频域对特征向量进行分析。直线段校正元件放置受注入引出等系统限制,元件分布周期性较差,校正后闭轨明显大于弧区,且最后3个特征向量分别指向3个直线节,奇异值删减会导致对应的直线节校正后闭轨变差。本文针对BRing的特点提出通过调整奇异值和增加直流谐波校正分量的新算法来开展闭轨校正,有效降低非周期性的影响,校正效果得到明显的优化。BRing最大磁场上升速率为12T/s,对加速过程中的闭轨反馈要求很高。考虑物理需求和校正元件参数后,确定了100Hz的反馈频率,并分析加速过程中的闭轨振荡,采用奇异值分解法消除噪声影响,实时计算轨道振荡频率,增加微分控制以优化闭轨反馈。同时,主场快速上升在磁铁和真空壁上产生5.85×10-2的相对场误差,远大于二极铁场误差要求。本文针对涡流场引起的闭轨畸变开展了特殊的闭轨校正计算与轨道振荡分析,准确计算出相对场误差大小,计算偏差小于1.2×10-4。通过相对场误差分析结果调整磁场上升曲线,有效地解决了涡流场效应带来的扰动。SRing闭轨校正设计需要兼顾多种光学,其中等时性模式光学(=1.43)因其函数极高,闭轨校正尤为重要。本文针对该光学,采用局部轨道调整的方法分析了闭轨畸变对线性光学的扰动,指出引起扰动的主要原因是二极铁入射角度的变化改变了边缘聚散焦效果。通过多次测量响应矩阵并开展闭轨校正计算,各种模式校正后闭轨畸变最大值均小于1.6mm,闭轨校正设计满足物理需求。
赵荣杰[7]（2020）在《自由电子激光装置中束流分配切割磁铁的研究与研制》文中认为作为目前最先进的第四代光源,自由电子激光（FEL）具有超短脉冲、超高亮度、空间全相干等更优异的特性,为生命、医药、化学、材料、能源等领域带来了全新的发展机遇,并将促进这些领域的极大发展。未来,自由电子激光将朝着高重复频率、短波长、脉冲可控等方向发展,自由电子激光装置也将实行多波荡器线同时运行,以产生多种模式、多种性能参数的自由电子激光,满足更广泛的用户同时用光的需求。与环形同步辐射光源不同,自由电子激光使用直线加速器来产生高品质的电子束,这就在很大程度上限制了它的用户容量,所以为提高自由电子激光装置的运行效率,必须进行束流分配系统的研究和设计。目前世界范围内大部分的自由电子激光装置都根据各自的装置参数以及实验需求设计了自己独特的束流分配系统。目前在建的上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）未来也将实行多束线同时运行,也进行了自己的束流分配系统的设计。在束流分配系统的设计中,选择用冲击磁铁（kicker）与切割磁铁（septum）组合的方式,冲击磁铁对电子束进行小角度的垂直偏转,之后再利用切割磁铁对束流进行大角度的水平偏转,实现束流分离,然后束流进入到各条波荡器线。本论文中首先对用于SHINE装置束流分配系统的Lambertson型切割磁铁进行了详细设计。针对SHINE装置束流分配段的整体要求,提出了对Lambertson磁铁的总体设计指标,之后进行了磁芯选材,并在考虑实际的磁铁设计以及工程应用的基础上,对磁铁的各尺寸参数以及励磁线圈中的电流大小进行了设计和优化。为了提高Lambertson磁铁好场区内的磁场均匀性,采用在磁铁极头边缘加垫片的方法。通过优化垫片尺寸并且经过模型的模拟验证,成功将Lambertson磁铁好场区内的磁场均匀性进行了很大提高,达到了设计指标。在Lambertson磁铁的整体设计中,为了降低无场区内的漏场,将无场区所在极头在磁铁两端进行了加长,并且在磁铁的两端设计了屏蔽板进行屏蔽处理。通过高精度的三维模型的模拟发现,采用极头加长与磁铁端部屏蔽相结合的方法,有效降低了Lambertson磁铁无场区内的积分漏场,满足了设计要求。同时,在Lambertson磁铁完整的物理设计的基础上,对磁铁其它配套系统进行了设计,并完成了磁铁部件的加工和组装,也搭建了实验系统对磁铁的各指标参数进行了实际测量。最后给出了完整的Lambertson磁铁的设计参数,为Lambertson磁铁在SHINE装置上的应用奠定了基础。在本论文中同时对Lambertson型切割磁铁设计中的难点提出了创新性的解决方法。为了提高Lambertson磁铁好场区内的磁场均匀性,我们采用对称补偿的思想,提出了在无场区对立极头加孔的方法。通过高精度模拟验证得出,当所加两孔的尺寸、间距以及距好场区的深度满足一定的参数关系时,能够有效提高Lambertson磁铁好场区内的磁场均匀性。这是首次提出的具有确定参数关系的用于提高Lambertson磁铁好场区内磁场均匀性的方法。同时针对Lambertson磁铁设计中最大的设计难点—无场区内漏场的降低问题,我们创造性地提出了将Lambertson磁铁与四极磁铁的设计相结合,并首次提出了“磁场整形”的概念。通过在无场区内添加通电线圈,将Lambertson磁铁无场区内的漏场“整形”为一个四极场,此时四极场磁中心处的初始漏场降低为零,并且通过调节线圈中的电流可以实现零磁场区域的移动,具有很大的灵活性。这是首次提出的能够将Lambertson型切割磁铁无场区内的漏场真正降低为零的方法,并且此方法的附加成本很小,具有极大的应用价值。
刘伟[8]（2020）在《条带型纳秒脉冲冲击器设计研究》文中研究说明同步辐射光源是众多基础学科研究的重要工具之一,目前已经发展到接近衍射极限的第四代光源。为了减小束流发射度,衍射极限储存环在设计时采用了高梯度的四极铁和六级铁,增加了非线性效应,导致束流动力学孔径减小,传统的离轴凸轨注入法将不再适用。纵向累积注入和置换式注入属于在轴注入,对动力学孔径要求较低,能够满足衍射极限储存环的注入要求。在这类注入方法中,条带型纳秒脉冲冲击器是关键部件。由国家同步辐射实验室提出的合肥先进光源（Hefei Advanced Light Facility,HALF）是一个基于衍射极限储存环的第四代光源,目前预研工作正在进行,其中离轴注入和在轴注入方案都在预研范围内。本文主要介绍了应用于HALF在轴注入方案的条带型纳秒脉冲冲击器的设计与研究情况。对在轴纵向累积注入原理进行了分析,给出纵向注入方案对纳秒冲击器的技术要求。在已有文献的基础上,改进了用于研究冲击器、束团、高压纳秒脉冲之间关系的时序图,得到更完善的纵向累积注入方案中储存环内束团与纳秒脉冲的时序关系。并以此推导了冲击器电极长度和高压脉冲形状,幅值间的联系。根据传输线理论,介绍了条带型纳秒冲击器的工作原理,总结了冲击器的各种模式及命名方法,以及不同模式下特性阻抗间的关系。使用CST仿真设计了应用于HALF纵向累积注入方案的条带型冲击器。从s参数,特性阻抗,场均匀度,最大场强,束流耦合阻抗等几个方面分析了冲击器的性能。介绍了样机的加工方案,安装过程。对加工好的样机进行了基本测试,使用网络分析仪测量样机的传输与反射参数,与仿真结果吻合较好。使用TDR模块测试冲击器差模特性阻抗,与CST仿真结果也比较符合。使用双极性高压纳秒电源对冲击器进行脉冲传输测试。结果显示,冲击器具有良好的传输特性,幅值衰减,波形畸变和反射都很小,验证了设计的合理性。根据第一代样机的测试结果提出优化改进,通过特殊定制的真空连接器实现和电极的连接,改善了冲击器的性能。对脉冲冲击器损失因子及阻抗进行了模拟计算,设计了一种新颖的具有拉紧测量线功能的阻抗匹配过渡段。在测量冲击器纵向束流耦合阻抗时,有效解决测量线的安装和拉紧问题。最后对冲击器的阻抗进行了测试。
乔舰[9]（2020）在《紧凑型质子治疗同步加速器直线注入器RFO和DTL的研究》文中提出作为放射性治疗肿瘤的一种,质子治疗因其独特的物理特性,使其在某些特定肿瘤的治疗方面具有一定的优越性,同时其优越的术中治疗感受、术后生活质量和较高的生存率,使其成为目前放射性治疗的一个焦点。中国科学院上海应用物理研究所与上海市瑞金医院合作共建国内首台质子治疗装置APTRON,目前装置处于认证阶段。作为基于同步加速器的质子治疗装置的核心部件之一,质子直线注入器通常由质子源、低能束线、RFQ直线加速器、中能束线以及漂移管直线加速器DTL几个部分组成。为加快质子治疗装置的国产化、小型化和产业化进程,本论文基于目前在线运行的进口的直线注入器PL-7,以整个注入器的紧凑性、运行维护方便和降低成本为出发点,在满足国产同步加速器注入要求下,对质子治疗同步加速器直线注入器中的RFQ和DTL直线加速腔体进行设计。基于APTRON质子治疗装置,本论文以ECR离子源和LEBT出口束流为基准,对紧凑型质子直线注入器的进行初步设计,主要内容包括:1)低能端预加速器射频四极场直线加速器RFQ的物理设计和相关的电磁谐振结构设计仿真;2)高能端的主加速段基于KONUS动力学的漂移管直线加速器的物理设计。对于低能端预加速段RFQ,为保证注入器的稳定性和紧凑性,本论文基于RFQ束流动力学的相关理论基础,从物理参数选择出发,展开相关的初步动力学方案设计。为使腔体更加紧凑,针对初步方案中的成型段和聚束段提出快聚束的优化设计策略,并展开相关的优化设计,使整个RFQ腔体结构较初步方案缩短7%。通过多粒子模拟研究,腔体对非理想入口束流具有较强容忍度。利用MWS-CST软件展开相关高频谐振结构设计,通过分析结构参数对高频特性的影响,得到相关高频谐振结构。对于主加速段的DTL直线加速器,通过对比负同步相位原理、交变相位聚焦原理和结合零相位加速原理三种低能量段的DTL动力学原理,为提高低占空比的质子治疗注入器的加速梯度,最终选用KONUS动力学原理。为简化腔体加工工艺,结合APF型IH-DTL腔体的特点和KONUS动力学结构的优势,提出腔内无磁铁的DTL单腔结构,并将其首次应用于质子治疗直线注入器装置中,将质子束流从3 MeV加速到7 MeV。利用经国际上多次验证的LORASR程序,从入口参数选择、动力学参数选择到对于入口束流参数的误差冗余度分析等多方面进行相关DTL的动力学设计和多粒子模拟研究。此外,针对组内团队成员设计好的APF型IH-DTL腔体展开冷测实验。从测试平台的搭建到测试结果分析,最终腔体测试值与设计值吻合的较好,为后续类似结构的测试奠定一定的基础。通过上述优化设计,保证质子治疗注入器整体的紧凑性,为今后质子治疗装置直线注入器的设计研发提供和积累新的设计思路和技术经验。
王圻[10]（2020）在《射频负离子源引出区等离子体行为特性实验研究》文中研究表明随着磁约束聚变能研究的不断发展,中性束注入系统作为磁约束可控核聚变装置中最重要的辅助加热手段之一,不仅加热机制清晰、加热效率高,而且还能实现等离子体的电流驱动。近年来,聚变装置对中性束注入的束流强度及能量的要求不断提高,负离子源因其在大于100keV束能量下仍具有较高的中性化效率逐渐成为研究的主流方向。其中,由射频驱动产生等离子体的射频负离子源与传统灯丝源相比又具有使用寿命长、方便维护、不会产生灯丝污染等优势,是实现中性束注入系统长脉冲运行的重要保障。为了研究射频负离子源中的关键技术,中科院等离子体物理研究所于2016年设计并搭建了射频负离子源测试台并发展至今,目前已经具备100kW射频功率下稳定运行的能力,但在负离子产生和引出方面仍然存在很多不足,因此依托测试台开展引出区等离子体行为特性的实验研究显得尤为重要。本课题充分调研了国内外相关研究成果,发现过滤磁场是引出区等离子体行为特性的关键影响因素,以此为切入点开展等离子体行为特性的相关研究。首先根据目前国际上最新的实验结果总结出能够影响等离子体行为特性的过滤磁场关键参数,结合测试台永磁体过滤磁场现状,利用有限元模拟分析软件对过滤磁场进行电磁学模拟计算,分析其存在的缺点;其次,通过带有高斯计的电动机械臂开展过滤磁场的测量实验,并与模拟结果相比对,全面评估现有过滤磁场的水平;在此基础上,设计并模拟分析了适合测试台的多种位型的过滤磁场,确定了以永磁体、等离子体电极电流及其回线复合而成的复合过滤磁场设计方案;最后,依托测试台现有水平,使用朗缪尔探针和发射光谱诊断系统同时诊断引出区等离子体行为特性,实验探究了过滤磁场对于等离子体温度、密度及其均匀性分布的影响,为负离子的产生和引出研究奠定的良好的基础。本课题开展了负离子源磁过滤系统的理论分析、模拟计算、研制及引出区等离子体特性实验研究,为负离子源磁过滤系统的设计和研制提供了理论支持和经验积累,研究结果有力的支持了我国射频负离子源的研制,对CFETR负离子束源的设计和研制也有重要的参考价值。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 中子源概述 |
| 1.2 中子发生器 |
| 1.3 2.45 GHz ECR离子源 |
| 1.3.1 ECR离子源在中子发生器领域的应用 |
| 1.3.2 2.45 GHz ECR离子源的起源和发展 |
| 1.4 强流中子发生器分析系统 |
| 1.5 选题意义 |
| 第二章 ECR离子源与前分析系统设计 |
| 2.1 ECR离子源基本原理 |
| 2.2 ECR离子源基本结构 |
| 2.2.1 微波产生与传输系统 |
| 2.2.2 源体与引出 |
| 2.3 ECR离子源整体设计 |
| 2.4 前分析系统设计 |
| 2.4.1 相关理论 |
| 2.4.2 元器件介绍 |
| 2.4.3 方案设计 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 ECR离子源束流强度与质子比调试 |
| 3.1 ECR离子源设计要求 |
| 3.2 束流强度影响因素 |
| 3.2.1 磁场 |
| 3.2.2 放电腔与微波窗相对距离 |
| 3.2.3 其他影响因素 |
| 3.3 质子比测量 |
| 3.3.1 ECR离子源配置 |
| 3.3.2 测量系统 |
| 3.4 质子比影响因素 |
| 3.4.1 引出电压 |
| 3.4.2 微波窗结构和材质 |
| 3.4.3 进气量和微波功率 |
| 3.4.4 阻抗匹配 |
| 3.4.5 磁场和放电腔大小 |
| 3.4.6 管道真空 |
| 3.5 总结与讨论 |
| 第四章 ECR离子源工作稳定性研究 |
| 4.1 ECR离子源工作稳定性问题 |
| 4.2 微波窗结构与损伤分析 |
| 4.2.1 微波窗介绍 |
| 4.2.2 微波窗损伤表现 |
| 4.2.3 微波窗损伤分析 |
| 4.3 微波窗温度与应力分布计算 |
| 4.3.1 模型设置 |
| 4.3.2 结果分析 |
| 4.3.3 解决方案 |
| 4.3.4 实验验证 |
| 4.4 电极打火现象及原因分析 |
| 4.5 引出区改进措施 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 前分析系统设计与调试 |
| 5.1 前分析系统物理设计 |
| 5.2 前分析系统束流传输模拟 |
| 5.2.1 氘离子束引出与传输 |
| 5.2.3 氢离子束的引出与传输 |
| 5.3 磁场和真空腔 |
| 5.3.1 磁铁设计和磁场测量 |
| 5.3.2 真空管道 |
| 5.4 前分析系统调试 |
| 5.4.1 主要结果 |
| 5.4.2 问题与改进 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光源及其衍射极限现象 |
| 1.2 同步辐射光源及其注入引出系统 |
| 1.2.1 同步辐射光源的发展历程 |
| 1.2.2 同步辐射光源注入引出系统 |
| 1.3 衍射极限环光源及其注入 |
| 1.3.1 衍射极限环光源国内外发展现状 |
| 1.3.2 衍射极限环光源的注入模式 |
| 1.3.3 衍射极限环光源注入切割磁铁 |
| 1.4 本论文的研究思路与创新点 |
| 1.4.1 本文的主要研究内容及难点 |
| 1.4.2 论文的创新点 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 涡流型切割磁铁基本设计与解析分析 |
| 2.1 电磁基本理论 |
| 2.2 切割磁铁涡流相关理论 |
| 2.3 磁屏蔽 |
| 2.4 涡流型切割磁铁基本结构及核心参数计算 |
| 2.5 涡流型切割磁铁主漏场的解析分析 |
| 2.6 动态磁场测量方法 |
| 2.6.1 电磁效应法 |
| 2.6.2 电磁感应法 |
| 2.6.3 磁饱和法 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 基于有限元分析的切割磁铁多场数值模拟 |
| 3.1 数值模拟分析方法简介 |
| 3.2 基于TR(Transient analysis)的切割磁铁二维动态磁场分析 |
| 3.2.1 切割磁铁二维仿真模型的建立 |
| 3.2.2 切割磁铁主场均匀性及涡流场特性 |
| 3.2.3 不同切割板厚度下切割磁铁漏场分析 |
| 3.2.4 励磁波形对切割磁铁漏场峰值的影响分析 |
| 3.2.5 无氧铜与高磁导率材料厚度配比对漏场影响分析 |
| 3.2.6 切割板外不同位置漏场随时间演变曲线 |
| 3.3 基于ELEKTRA/TR模块的切割磁铁三维动态磁场分析 |
| 3.3.1 切割磁铁三维网格划分 |
| 3.3.2 薄片硅钢模型的涡电流分布 |
| 3.3.3 切割磁铁三维仿真模型的建立 |
| 3.3.4 主磁场均匀性及漏场三维动态分析 |
| 3.3.5 端部场三维动态分析和漏场优化 |
| 3.4 基于ANSYS的切割磁铁静态温度场分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 切割磁铁工程设计与测试 |
| 4.1 切割磁铁工程设计 |
| 4.1.1 一体化无氧铜线圈 |
| 4.1.2 无取向硅钢磁芯冲压成型 |
| 4.1.3 高真空绝缘支撑工程材料 |
| 4.1.4 无氧铜切割板与高磁导率屏蔽材料贴合 |
| 4.1.5 无氧铜基座、盖板及散热分析 |
| 4.1.6 切割磁铁总装集成 |
| 4.2 切割磁铁工程测试 |
| 4.2.1 线圈电感测定 |
| 4.2.2 工程塑料PPS真空性能 |
| 4.2.3 硅钢片厚度及铁损 |
| 4.2.4 冷冲压硅钢片毛刺测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 切割磁铁动态磁场测量系统 |
| 5.1 动态磁场测量系统总体框图 |
| 5.2 磁场测量探头 |
| 5.2.1 多匝点线圈及其测试 |
| 5.2.2 单匝长线圈及其测试 |
| 5.3 励磁脉冲电源系统 |
| 5.3.1 励磁脉冲电源系统方案 |
| 5.3.2 Technix充电电源 |
| 5.3.3 可控硅开关管 |
| 5.3.4 脉冲形成原理及电路 |
| 5.3.5 脉冲波形参数测量 |
| 5.4 电动平台集成 |
| 5.4.1 电动平台方案 |
| 5.4.2 电机驱动器及控制 |
| 5.5 磁测平台集成与调试 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 切割磁铁磁场测量 |
| 6.1 动态磁场测量系统 |
| 6.2 感应电压积分背景减噪 |
| 6.3 切割磁铁主磁场测量 |
| 6.3.1 切割磁铁磁间隙主场测量及偏差分析 |
| 6.3.2 切割磁铁励磁传递函数 |
| 6.3.3 切割磁铁主磁场横向均匀性测量 |
| 6.3.4 切割磁铁主磁场纵向分布 |
| 6.3.5 切割磁铁端部场分布 |
| 6.4 切割磁铁漏场测量 |
| 6.4.1 薄切割磁铁切割板外漏场积分测量(长线圈) |
| 6.4.2 厚切割磁铁切割板外漏场积分测量(长线圈) |
| 6.4.3 无高磁导率屏蔽材料的切割板外漏场积分测量(长线圈) |
| 6.4.4 薄切割磁铁出口处漏场测量(点线圈) |
| 6.4.5 切割板外漏场纵向分布(点线圈) |
| 6.5 切割磁铁励磁温升分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 强流紧凑型离子直线加速器的需求与发展现状 |
| 1.2 强流紧凑型离子直线加速器特点、实现手段和关键问题 |
| 1.3 论文研究内容 |
| 第2章 RFQ加速器的纵向发射度控制和空间电荷效应补偿 |
| 2.1 RFQ加速器及空间电荷理论 |
| 2.1.1 横纵向动力学 |
| 2.1.2 强流空间电荷效应 |
| 2.1.3 空间电荷效应补偿 |
| 2.2 RFQ加速器的纵向发射度控制 |
| 2.2.1 小能量接受度设计 |
| 2.2.2 全粒子优化设计 |
| 2.3 RFQ加速器的空间电荷效应补偿 |
| 2.3.1 RFQ电极补偿空间电荷效应 |
| 2.3.2 不同横向分布束流的传输和分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 RFQ与 DTL之间的紧凑匹配 |
| 3.1 匹配理论 |
| 3.2 RFQ与 DTL的紧凑型过渡 |
| 3.2.1 紧凑型匹配 |
| 3.2.2 不同运行工况分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 RFQ与 DTL直接耦合及其相关物理问题 |
| 4.1 耦合腔高频研究 |
| 4.1.1 CH-DTL段研究 |
| 4.1.2 四翼型 RFQ 与 CH-DTL 段耦合研究 |
| 4.2 RFQ与 DTL耦合腔动力学研究 |
| 4.3 RFQ与 DTL耦合腔的冷测 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 10Me V750MHz直线加速器的物理设计 |
| 5.1 边界条件 |
| 5.2 750MHz RFQ物理设计 |
| 5.3 750MHz IH-DTL物理设计 |
| 5.4 匹配设计以及从头到尾的模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 论文提出的必要性 |
| 1.3 课题研究现状 |
| 1.4 论文主要内容 |
| 1.5 论文主要创新点 |
| 第2章 真空管道涡流效应 |
| 2.1 基本参数 |
| 2.2 磁场衰减和迟滞 |
| 2.2.1 解析计算 |
| 2.2.2 数值模拟 |
| 2.3 涡流损耗 |
| 2.3.1 解析计算 |
| 2.3.2 数值模拟 |
| 2.4 涡流效应对磁场均匀度的影响 |
| 2.5 涡流洛伦兹力 |
| 2.6 涡流磁场多极分量 |
| 2.6.1 涡流磁场四极分量 |
| 2.6.2 涡流磁场六极分量 |
| 2.7 结论 |
| 第3章 陶瓷内衬真空管道阻抗计算 |
| 3.1 尾场和阻抗 |
| 3.1.1 纵向尾场和阻抗 |
| 3.1.2 横向尾场和阻抗 |
| 3.1.3 陶瓷环引入宽带阻抗的物理机制 |
| 3.2 陶瓷环阻抗计算 |
| 3.2.1 解析计算 |
| 3.2.2 数值模拟 |
| 3.2.3 阻抗测量 |
| 3.3 结果分析 |
| 第4章 BRing全环阻抗模型 |
| 4.1 BRing基本参数 |
| 4.2 BRing全环阻抗估算 |
| 4.2.1 空间电荷效应等效阻抗 |
| 4.2.2 电阻壁阻抗 |
| 4.2.3 宽带阻抗 |
| 4.2.4 磁合金腔体 |
| 4.2.5 Kicker磁铁 |
| 4.3 BRing阻抗模型 |
| 4.4 束流集体不稳定性 |
| 4.4.1 BRing运行过程束流参数 |
| 4.4.2 横向模耦合不稳定性 |
| 4.5 总结 |
| 第5章 陶瓷环阻抗减小措施 |
| 5.1 优化陶瓷环设计 |
| 5.1.1 陶瓷环结构设计 |
| 5.1.2 陶瓷环材料选取 |
| 5.2 转换连接件 |
| 5.3 陶瓷环镀膜 |
| 5.4 阻抗测量 |
| 5.4.1 镀膜陶瓷环阻抗测量 |
| 5.4.2 点接触谐振测量 |
| 5.5 总结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 附录A 阻抗模型python代码 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.1.1 同步辐射光源简介及其应用 |
| 1.1.2 第四代光源发展及HALF简介 |
| 1.1.3 衍射极限储存环的注入问题综述、国内外发展 |
| 1.2 非线性冲击磁铁离轴注入国内外发展及应用 |
| 1.3 论文主要内容、研究意义及创新点 |
| 第二章 HALF注入布局 |
| 2.1 储存环中束流的横向运动 |
| 2.1.1 横向运动方程 |
| 2.1.2 横向振荡与接受度 |
| 2.2 HALF单脉冲磁铁离轴注入方案原理 |
| 2.3 HALF注入布局及参数要求 |
| 2.3.1 HALF注入系统各组件布局 |
| 2.3.2 离轴式注入非线性冲击磁铁参数要求 |
| 2.3.3 非线性注入的横向接受度 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 非线性冲击磁铁模拟设计 |
| 3.1 种新颖的铁氧体非线性冲击磁铁设计 |
| 3.2 主要设计指标及参数优化 |
| 3.2.1 OPERA建模 |
| 3.2.2 非线性磁铁各项材料参数的确定 |
| 3.2.3 磁铁的一些参数计算 |
| 3.2.4 小结 |
| 3.3 陶瓷室镀膜对磁场场型的影响 |
| 3.4 磁铁工程设计中的一些问题 |
| 3.4.1 磁铁脉冲时间结束后的剩余磁场问题 |
| 3.4.2 磁芯连接处的磁场饱和问题 |
| 3.4.3 磁铁安装角度及屏蔽电极装配精度问题 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 样机加工与测量 |
| 4.1 磁铁样机的加工 |
| 4.2 样机测量组件 |
| 4.2.1 高压脉冲电源 |
| 4.2.2 其他测量组件 |
| 4.3 非线性磁铁的测量 |
| 4.4 改进方案与后续工作 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 纵向束流耦合阻抗问题研究 |
| 5.1 尾场与阻抗 |
| 5.1.1 束流尾场 |
| 5.1.2 束流耦合阻抗 |
| 5.1.3 能量损失因子 |
| 5.2 纵向束流耦合阻抗测量方法 |
| 5.2.1 时域测量 |
| 5.2.2 频域测量 |
| 5.3 纵向束流耦合阻抗模拟 |
| 5.3.1 阻抗匹配 |
| 5.3.2 CST中的非线性冲击磁铁建模 |
| 5.3.3 比较件模拟结果 |
| 5.3.4 跑道型陶瓷真空室模拟结果 |
| 5.3.5 圆形陶瓷真空室模拟结果 |
| 5.3.6 镀膜陶瓷真空室模拟结果 |
| 5.4 纵向束流耦合阻抗测量 |
| 5.4.1 样机及测量设备加工 |
| 5.4.2 测量结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 论文不足之处与展望 |
| 参考文献 |
| 附录A: 横向接受度椭圆数据处理 |
| 附录B: 能量损失因子计算及数据处理 |
| 图表目录 |
| 发表文章 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 概述 |
| 1.2 横向运动 |
| 1.3 横向发射度 |
| 1.4 动量分散与色散函数 |
| 1.5 闭轨校正研究现状 |
| 1.6 论文的提出与主要内容 |
| 1.6.1 论文的提出背景 |
| 1.6.2 论文的主要内容 |
| 第2章 闭轨畸变 |
| 2.1 磁铁误差 |
| 2.1.1 二极铁边缘效应 |
| 2.1.2 二极场误差 |
| 2.1.3 准直误差 |
| 2.1.4 统计分析 |
| 2.2 闭轨不稳定性 |
| 2.3 耦合效应 |
| 第3章 闭轨校正 |
| 3.1 束流位置探测器 |
| 3.2 响应矩阵 |
| 3.3 最小二乘法 |
| 3.3.1 最小二乘解 |
| 3.3.2 奇异值分解 |
| 3.3.3 特征向量法 |
| 3.3.4 约束条件 |
| 3.4 其它校正方法 |
| 3.4.1 局部凸轨法 |
| 3.4.2 谐波分量法 |
| 第4章 HIMM同步加速器闭轨校正 |
| 4.1 装置简介 |
| 4.2 闭轨校正总体设计 |
| 4.2.1 校正元件布局 |
| 4.2.2 磁铁误差分析 |
| 4.2.3 闭轨校正模拟 |
| 4.2.4 BPM和校正磁铁误差 |
| 4.2.5 奇异值删减 |
| 4.3 小型化加速器闭轨校正特点 |
| 4.4 线性光学扰动 |
| 4.5 闭轨校正测试实验 |
| 4.5.1 色散函数测量 |
| 4.5.2 响应矩阵测量 |
| 4.5.3 闭轨校正测试 |
| 4.6 HIMM闭轨校正小结 |
| 第5章 HIAF装置闭轨校正模拟 |
| 5.1 装置简介 |
| 5.2 校正元件布局 |
| 5.3 磁铁误差分析 |
| 5.4 BRing模拟结果 |
| 5.4.1 闭轨校正模拟 |
| 5.4.2 BPM测量误差 |
| 5.4.3 奇异值删减 |
| 5.4.4 谐波校正特性分析 |
| 5.4.5 BRing闭轨校正模拟小结 |
| 5.5 SRing模拟结果 |
| 5.5.1 闭轨校正模拟 |
| 5.5.2 等时性模式(r_t=1.43)闭轨校正模拟分析 |
| 5.5.3 闭轨畸变对线性光学的影响 |
| 5.5.4 多次校正 |
| 5.5.5 BPM误差和奇异值删减 |
| 5.5.6 SRing闭轨校正模拟小结 |
| 第6章 BRing快循环闭轨校正设计 |
| 6.1 反馈系统简介 |
| 6.2 BPM与校正铁 |
| 6.3 加速过程中的闭轨反馈 |
| 6.3.1 加速过程中的闭轨振荡 |
| 6.3.2 奇异值分解消除噪声 |
| 6.3.3 闭轨反馈设计与模拟 |
| 6.4 快Ramping过程中的二极场误差分析 |
| 6.4.1 二极铁涡流与感应电流 |
| 6.4.2 闭轨校正模拟与误差计算 |
| 6.5 小结 |
| 第7章 其它应用 |
| 7.1 首圈轨道校正 |
| 7.2 线性光学校正 |
| 7.3 四极铁准直 |
| 第8章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 自由电子激光的发展历史以及国内外现状 |
| 1.2 自由电子激光的主要运行模式与发展方向 |
| 1.2.1 低增益自由电子激光 |
| 1.2.2 高增益自由电子激光 |
| 1.3 自由电子激光的应用前景 |
| 1.4 本论文的研究思路与创新点 |
| 2 自由电子激光基本理论与自由电子激光装置 |
| 2.1 自由电子激光理论 |
| 2.1.1 电子和电磁波的能量交换 |
| 2.1.2 FEL基本方程 |
| 2.1.3 光场方程与增益 |
| 2.2 自由电子激光装置 |
| 2.2.1 加速器 |
| 2.2.2 波荡器 |
| 2.2.3 束流分配系统 |
| 2.3 SHINE装置中的束流分配系统 |
| 2.3.1 SHINE装置介绍 |
| 2.3.2 SHINE装置的束流分配系统设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 切割磁铁的设计 |
| 3.1 切割磁铁 |
| 3.1.1 切割磁铁的发展与特点 |
| 3.1.2 Lambertson型切割磁铁的发展与现有设计 |
| 3.2 切割磁铁设计中的相关理论 |
| 3.3 SHINE装置束流分配段Lambertson型切割磁铁的设计 |
| 3.3.1 Lambertson磁铁的物理设计 |
| 3.3.2 Lambertson磁铁的模型模拟与优化 |
| 3.3.2.1 Lambertson磁铁的二维模拟 |
| 3.3.2.2 Lambertson磁铁的三维模拟 |
| 3.3.3 Lambertson磁铁的部件加工、安装与磁场测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 Lambertson型切割磁铁中的设计难点的解决新方法研究 |
| 4.1 提高Lambertson型切割磁铁主场区内磁场均匀性的新方法 |
| 4.1.1 模型建立与模拟 |
| 4.1.2 Lambertson磁铁下极头加孔的模型设计与模拟 |
| 4.1.3 两孔间距的模拟验证 |
| 4.1.4 孔深度的模拟验证 |
| 4.1.5 两孔尺寸的模拟验证 |
| 4.2 Lambertson型切割磁铁无场区内漏场降低为零的新方法 |
| 4.2.1 Lambertson型切割磁铁的基础设计 |
| 4.2.2 无场区内添加线圈的模型以及模拟 |
| 4.2.3 对称型Lambertson磁铁 |
| 4.2.4 非对称型Lambertson磁铁 |
| 4.2.5 三维模型验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题的背景 |
| 1.1.1 同步辐射光源发展及其应用 |
| 1.1.2 第四代光源发展 |
| 1.1.3 衍射极限储存环的注入问题及发展情况 |
| 1.2 HALF及其注入方案简介 |
| 1.3 条带型脉冲冲击器的国内外发展情况 |
| 1.4 论文的主要内容和创新点 |
| 第2章 纵向注入方案及对冲击器的技术要求 |
| 2.1 束团在储存环中的纵向运动 |
| 2.1.1 纵向运动相关知识 |
| 2.1.2 纵向运动方程及其解 |
| 2.1.3 纵向运动的图解 |
| 2.2 HALF纵向注入方案 |
| 2.2.1 HALF的相稳定区和动量接受度 |
| 2.2.2 纵向累积注入对冲击器脉冲的要求 |
| 2.2.3 脉冲幅值 |
| 第3章 条带型纳秒脉冲冲击器的设计与仿真优化 |
| 3.1 冲击器的模式 |
| 3.2 主要参数指标 |
| 3.2.1 冲击器的建模 |
| 3.2.2 S参数 |
| 3.2.3 阻抗 |
| 3.2.4 场均匀度 |
| 3.2.5 最大场强 |
| 3.2.6 束流耦合阻抗 |
| 第4章 样机的加工与基本测试 |
| 4.1 样机的加工 |
| 4.2 高压脉冲电源与测试组件 |
| 4.2.1 高压脉冲电源 |
| 4.2.2 其他测试组件 |
| 4.3 样机的测试 |
| 4.3.1 微波参数的测量 |
| 4.3.2 TDR |
| 4.3.3 高压测试 |
| 4.4 焊接式冲击器 |
| 4.4.1 改进方案 |
| 4.4.2 焊接式样机测试 |
| 第5章 束流耦合阻抗问题探究 |
| 5.1 束流耦合阻抗测量方法介绍 |
| 5.1.1 时域测量方法 |
| 5.1.2 频域测量方法 |
| 5.1.3 纵向束流耦合阻抗的测量方法 |
| 5.1.4 横向束流耦合阻抗的测量方法 |
| 5.1.5 阻抗匹配 |
| 5.1.6 新型束流耦合阻抗测量方法 |
| 5.2 束流耦合阻抗测量系统设计 |
| 5.2.1 匹配过渡段的仿真 |
| 5.2.2 匹配过渡段的设计和加工 |
| 5.2.3 纵向束流耦合阻抗的测量 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士期间发表论文 |
| 图表目录 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 治疗加速器介绍 |
| 1.2.1 医用电子直线加速器介绍及其发展 |
| 1.2.2 质子重离子治疗加速器 |
| 1.3 国内外质子重离子直线加速器介绍 |
| 1.3.1 德国GSI重离子直线加速器 |
| 1.3.2 日本NIRS医用重离子治疗装置HIMAC |
| 1.3.3 德国医用重离子治疗装置HICAT |
| 1.3.4 欧洲核子中心CERN的HF-RFQ |
| 1.4 论文的科学意义 |
| 1.5 论文主要内容及创新点 |
| 1.5.1 论文主要内容 |
| 1.5.2 论文创新点 |
| 第2章 射频直线加速器束流动力学与结构概述 |
| 2.1 直线加速器束流动力学原理 |
| 2.1.1 纵向动力学 |
| 2.1.2 横向动力学 |
| 2.2 RFQ直线加速器结构概述 |
| 2.2.1 径向匹配段RMS |
| 2.2.2 成型段SH |
| 2.2.3 聚束段GB |
| 2.2.4 加速段AC |
| 2.2.5 传输单元 |
| 2.2.6 RFQ设计极限 |
| 2.2.7 RFQ射频结构介绍 |
| 2.3 DTL直线加速器结构概述 |
| 2.3.1 Alvarez型DTL动力学结构介绍 |
| 2.3.2 APF型DTL动力学结构介绍 |
| 2.3.3 KONUS型DTL动力学结构介绍 |
| 2.3.4 IH型DTL结构介绍 |
| 小结 |
| 第3章 紧凑型射频四极场直线加速器RFQ的研究 |
| 3.1 RFQ直线加速器物理设计 |
| 3.1.1 低能束流传输线LEBT设计方案介绍 |
| 3.1.2 RFQ直线加速器主要参数选择 |
| 3.1.3 紧凑型RFQ直线加速器初步设计方案 |
| 3.1.3.1 “四段论”法 |
| 3.1.3.2 “均温”法 |
| 3.1.2.4 RFQGen设计程序介绍 |
| 3.1.4 RFQ直线加速器初步动力学设计 |
| 3.1.5 RFQ直线加速器优化设计 |
| 3.1.5.1 RFQ直线加速器优化设计方案 |
| 3.1.5.2 优化前后设计结果对比 |
| 3.1.6 RFQ直线加速器动力学模拟 |
| 3.1.7 RFQ直线加速器误差分析 |
| 3.1.8 动力学设计对比小结 |
| 3.2 RFQ直线加速器射频结构设计 |
| 3.2.1 RFQ谐振结构介绍 |
| 3.2.2 电磁结构设计策略 |
| 3.2.3 有限元概述及网格收敛性分析 |
| 3.2.4 电极横向截面设计研究 |
| 3.2.5 三维模型设计 |
| 3.2.6 调谐器设计 |
| 3.2.7 模式分离 |
| 3.2.8 底切设计 |
| 3.2.9 RFQ极头加调制底切设计及模拟 |
| 3.3 RFQ腔体设计总结 |
| 第4章 KONUS型交叉指结构漂移管直线器IH-DTL腔体物理设计 |
| 4.1 漂移管直线加速器DTL的方案选择 |
| 4.1.1 负同步加速相位NSPS漂移管直线加速器介绍 |
| 4.1.2 交变相位聚焦APF漂移管直线加速器介绍 |
| 4.1.3 结合零度加速相位KONUS漂移管直线加速器介绍 |
| 4.1.4 小结 |
| 4.2 优化设计策略 |
| 4.2.1 本论文结构设计方案 |
| 4.2.2 设计流程介绍 |
| 4.2.3 设计程序介绍 |
| 4.2.4 紧凑型改造方案小结 |
| 4.3 初始参数选择 |
| 4.3.1 初始入口参数匹配选择 |
| 4.3.2 负相位聚束单元的设计研究 |
| 4.3.3 腔体动力学结构设计研究 |
| 4.4 纵向匹配研究 |
| 4.4.1 传输段PHASE SHIFT优化研究 |
| 4.4.2 腔体传输过渡单元的几何尺寸研究 |
| 4.4.3 首个零相位加速间隙粒子注入能量优化研究 |
| 4.5 动力学结果对比总结 |
| 4.6 稳定性模拟分析 |
| 4.6.1 横纵向束流包络及粒子分布 |
| 4.7 小结 |
| 第5章 总结 |
| 参考文献 |
| 附录 APF型IH-DTL直线加速腔体的冷测实验 |
| 1.1 APF型IH-DTL腔体设计简介 |
| 1.2 APF型IH-DTL机械设计加工介绍 |
| 1.3 APF型IH-DTL低功率射频测量介绍 |
| 1.3.1 腔体低功率测试原理及方案介绍 |
| 1.3.2 低功率测试平台搭建 |
| 1.4 APF型IH-DTL冷测实验 |
| 1.5 小结 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 射频负离子源中的负离子 |
| 1.3 引出区等离子体行为特性 |
| 1.4 过滤磁场 |
| 1.5 国内外研究现状 |
| 1.6 研究内容及创新点 |
| 第二章 负离子源过滤磁场设计研究 |
| 2.1 过滤磁场设计研究的理论基础 |
| 2.1.1 有限元法分析电磁场问题 |
| 2.1.2 过滤磁场设计中的重要参数 |
| 2.2 永磁体过滤磁场 |
| 2.2.1 永磁体过滤磁场的结构 |
| 2.2.2 永磁体过滤磁场的模拟计算 |
| 2.2.3 永磁体过滤磁场小结 |
| 2.3 等离子体电极电流过滤磁场 |
| 2.3.1 等离子体电极电流过滤磁场的结构 |
| 2.3.2 等离子体电极电流过滤磁场模拟 |
| 2.3.3 等离子体电极电流过滤磁场小结 |
| 2.4 等离子体电极电流及回线过滤磁场 |
| 2.4.1 等离子体电极电流及回线过滤磁场的结构 |
| 2.4.2 等离子体电极电流及回线过滤磁场模拟 |
| 2.4.3 等离子体电极电流及回线过滤磁场小结 |
| 2.5 复合过滤磁场 |
| 2.5.1 复合过滤磁场的结构 |
| 2.5.2 复合过滤磁场模拟 |
| 2.5.3 复合过滤磁场小结 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 等离子体的行为特性 |
| 3.1 等离子体的基本特征 |
| 3.1.1 等离子体密度 |
| 3.1.2 等离子体温度 |
| 3.1.3 电子能量分布函数(EEDF) |
| 3.2 等离子体的行为 |
| 3.2.1 电子发射 |
| 3.2.2 电离平衡 |
| 3.2.3 功率平衡 |
| 3.2.4 等离子体鞘层 |
| 3.3 引出区等离子体行为的特性 |
| 3.3.1 拉莫尔旋进 |
| 3.3.2 ▽B漂移 |
| 3.3.3 曲率漂移 |
| 3.3.4 粒子间的碰撞 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 等离子体行为特性实验分析 |
| 4.1 实验装置概况 |
| 4.2 发射光谱诊断系统 |
| 4.2.1 发射光谱诊断的简介 |
| 4.2.2 测试台发射光谱诊断系统 |
| 4.3 朗缪尔探针诊断系统 |
| 4.3.1 朗缪尔探针简介 |
| 4.3.2 测试台朗缪尔探针诊断系统 |
| 4.4 过滤磁场的实验分析 |
| 4.4.1 实验分析工具 |
| 4.4.2 实验分析结果 |
| 4.5 过滤磁场对等离子体行为的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
