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GeV/mA量级高功率圆形加速器中整数共振的抑制与利用

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原子能科学技术 2022年第9期56卷 1784-1793页

作者：边天剑安世忠付伟冀鲁豫管锋平中国原子能科学研究院核技术综合研究所北京102413

固定场交变梯度加速器(FFAG)是下一代GeV/mA量级高功率加速器的可能性方案,有潜力产生平均功率高达数个兆瓦的质子束。GeV量级等时性FFAG属于圆形加速器,目前主要面临整数共振穿越和高功率束流的高效率引出两个瓶颈问题。为了解决这两... 详细信息

固定场交变梯度加速器(FFAG)是下一代GeV/mA量级高功率加速器的可能性方案,有潜力产生平均功率高达数个兆瓦的质子束。GeV量级等时性FFAG属于圆形加速器,目前主要面临整数共振穿越和高功率束流的高效率引出两个瓶颈问题。为了解决这两项瓶颈问题,本文提出了整数共振抑制器(IRS)的概念。IRS不仅对整数共振有显著的抑制作用,还可以利用整数共振激发可控的径向振荡,扩大引出圈间距,提高引出效率。以中国原子能科学研究院提出的等时性FFAG(CYCIAE-FFAG)方案为例,IRS不仅可有效抑制整数共振引起的束流包络增长(小于5%),还可以用作引出圈间距优化(扩大至3 cm以上)。理论分析与数值模拟表明,基于IRS的设计方案有潜力成为下一代GeV/mA量级高功率圆形加速器的解决方案。

关键词：圆形加速器高功率加速器整数共振线磁场误差束流引出

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CYCIAE-100的直流流强监测器研制及实验验证

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原子能科学技术 2018年第11期52卷 2089-2094页

作者：温立鹏管锋平郑侠安世忠吕银龙张天爵中国原子能科学研究院回旋加速器研究设计中心北京102413

100MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)加速H-,引出质子束能量为75~100MeV、最大束流强度为200μA。为对束流输运线上的质子束流强度进行无阻挡实时监测,选择了直流流强监测器(DCCT),其在设计上考虑了空间限制、杂散磁场和外部高频干扰... 详细信息

100MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)加速H-,引出质子束能量为75~100MeV、最大束流强度为200μA。为对束流输运线上的质子束流强度进行无阻挡实时监测,选择了直流流强监测器(DCCT),其在设计上考虑了空间限制、杂散磁场和外部高频干扰信号等因素对探头的影响。探头外采用了三重磁屏蔽设计,磁屏蔽外为1层黄铜的电屏蔽。采用了绝缘垫圈隔断束流输运线的直流导电性,束流输运线管壁通有冷却水以保证探头温度稳定。在绝缘垫圈处增加电容以满足探头对电容值的要求。采用高精度PLC-AI模块对DCCT的输出电压进行了读取。通过模拟束流的实验验证表明,DCCT设计合理可行,测量结果的线性度、误差等指标符合设计要求。

关键词：直流流强监测器控制系统 100MeV强流质子回旋加速器

中国原子能科学研究院紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术研究

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原子能科学技术 2022年第9期56卷 1774-1783页

作者：安世忠魏素敏冀鲁豫边天剑解怀东温立鹏管锋平郑侠中国原子能科学研究院核技术综合研究所北京102413

中国原子能科学研究院(CIAE)在20世纪90年代建造了一台30 MeV紧凑型强流质子回旋加速器后,经过近30年的发展,先后自主研发成功了基于剥离引出技术的能量为10 MeV、14 MeV、100 MeV、硼中子俘获治疗用14 MeV/1 mA等系列能量的紧凑型强流... 详细信息

中国原子能科学研究院(CIAE)在20世纪90年代建造了一台30 MeV紧凑型强流质子回旋加速器后,经过近30年的发展,先后自主研发成功了基于剥离引出技术的能量为10 MeV、14 MeV、100 MeV、硼中子俘获治疗用14 MeV/1 mA等系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器。建成的100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器(CYCIAE-100),是目前国际上能量较高的一台紧凑型强流质子回旋加速器,最高流强达到520μA,束流功率达到52 kW。建成的硼中子俘获治疗用的质子回旋加速器,也是我国首次自主研发成功的引出质子束流强达到mA量级的强流质子回旋加速器。在系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器研发过程中,CIAE对剥离引出后的束流色散效应、剥离膜与束流夹角对引出后的束流品质的影响、单圈剥离引出技术等紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术等方面展开了研究,且自主开发出了剥离引出计算程序,为紧凑型强流质子回旋加速器的应用作出了贡献。

关键词：紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出强流质子

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用于硼中子俘获治疗的强流质子回旋加速器中心区结构优化设计

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原子能科学技术 2021年第4期55卷 730-737页

作者：冀鲁豫管锋平安世忠郑侠宋国芳张天爵关镭镭王胜龙李明中国原子能科学研究院北京102413

中国原子能科学研究院目前正在研制用于硼中子俘获治疗(BNCT)的强流质子回旋加速器,该加速器设计引出能量14 MeV、质子束流强大于1 mA。相比引出流强为400μA的PET回旋加速器,BNCT强流质子回旋加速器对中心区相位接收度和轴向聚焦的要... 详细信息

中国原子能科学研究院目前正在研制用于硼中子俘获治疗(BNCT)的强流质子回旋加速器,该加速器设计引出能量14 MeV、质子束流强大于1 mA。相比引出流强为400μA的PET回旋加速器,BNCT强流质子回旋加速器对中心区相位接收度和轴向聚焦的要求更高。为实现mA量级的束流的加速和引出,BNCT强流质子回旋加速器采取了增加负氢束流注入能量、增大磁铁镶条孔径、使用用于增大Dee盒头部张角的阶梯状结构及调整加速间隙的入口和出口高度等一系列中心区结构优化设计,有效地提高了中心区的相位接收度,改善了轴向电聚焦。在新的离子源注入能量下通过数值计算得到实测场下的轴向电聚焦和间隙高度的关系,选取合适的间隙高度获得最佳的轴向聚焦,从而确定了mA量级束流的注入和加速的中心区结构。同时在设计中考虑空间电荷效应的影响,计算了不同流强下的束流尺寸变化。中心区结构在实测磁场下的优化设计计算结果表明,BNCT强流质子回旋加速器中心区的束流对中好于0.5 mm,相位接收度大于40°,中心区最高可接收流强3 mA。目前,新的中心区结构已进入机械加工阶段。

关键词：硼中子俘获治疗强流质子回旋加速器中心区螺旋偏转板相位接收度

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紧凑型回旋加速器物理问题及调束技术

强激光与粒子束 2013年第1期25卷 104-108页

作者：张天爵姚红娟李振国管锋平温立鹏解怀东安世忠杨建俊中国原子能科学研究院串列加速器升级工程部北京102413

介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信... 详细信息

介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中,为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极,为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题,采用变气隙技术,从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究,结果表明,CYCIAE-100的极限流强为10mA。

关键词：束流动力学束流诊断空间电荷效应径向探针紧凑型回旋加速器

100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统和中心区物理设计

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高能物理与核物理 2006年第z1期30卷 141-143页

作者：姚红娟张天爵贾先禄管锋平魏素敏吕银龙林郁正清华大学工程物理系北京100084 中国原子能科学研究院北京102413

100MeV强流质子回旋加速器设计的引出质子束流强为大于200μA,并计划提供脉冲束流．轴向注入系统设计有两条注入线,即1#和2#注入线．1#注入线利用负氢束的中性化以解决强流连续束流的注入,为保证达到高中性化程度,横向聚焦均采用磁元件... 详细信息

100MeV强流质子回旋加速器设计的引出质子束流强为大于200μA,并计划提供脉冲束流．轴向注入系统设计有两条注入线,即1#和2#注入线．1#注入线利用负氢束的中性化以解决强流连续束流的注入,为保证达到高中性化程度,横向聚焦均采用磁元件;2#注入线的设计目的主要是提供一定流强的脉冲化束流,由于脉冲化负氢束的中性化过程难以建立,因此,横向聚焦元件均为静电元件．两条线合理的结构设计使得注入系统可方便切换运行模式．采用包含空间电荷力的光学计算程序,匹配不同中性化程度的注入束流光学特性,匹配工作的重点在于高达40°的高频相位接收度．从离子源出口到粒子加速前15圈的连续匹配计算结果表明:所设计的注入系统可有效地控制束流包络,减少束流损失; 中心区高的高频接收度使设计的100MeV质子回旋加速器具有加速强流负氢束的能力．

关键词：强流回旋加速器注入线轴向磁场中心区

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脉冲束测试用同轴靶的研制

脉冲束测试用同轴靶的研制

A 70MHz Pulsing Beam System for Protons

作者：解怀东安世忠管锋平

＜正＞用于脉冲束测试的同轴靶是束流试验台架系统中重要的测量元件,负责脉冲束的收集和信号的分析工作。脉冲束测试用同轴靶的主要结构为:顶部有3层电极板,最上面1层是挡束板,中间1层为负电压板,用于抑制二次电子的溢出,最下面1层为屏...

＜正＞用于脉冲束测试的同轴靶是束流试验台架系统中重要的测量元件,负责脉冲束的收集和信号的分析工作。脉冲束测试用同轴靶的主要结构为:顶部有3层电极板,最上面1层是挡束板,中间1层为负电压板,用于抑制二次电子的溢出,最下面1层为屏蔽板。元件中心是1个深度与内径比比较大的法拉第筒,为了防止二次电子反射出法拉第筒,继而影响测量的精度,将法拉第筒的底部设计成外凸的锥形,但同时也就增加了加工的难度,因此将法拉第筒部分设计成了3段:1段为法拉第筒的筒壁,中间1段为筒底,即外凸形的锥底和水冷封盖,

关键词：

来源： cnki会议评论

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Chinese Physics C 2008年第z1期32卷 157-159页

作者：安世忠张天爵吴隆成吕银龙宋国芳管锋平贾先禄中国原子能科学研究院北京102413

A test beam line for pulsed beam generation for 10 MeV central region model (CRM) of a compact cyclotron is under construction at China Institute of Atomic Energy (CIAE).A 70MHz continuous H^- beam with the energy of dosens of keV or a hundred keV will be pulsed to a pulse length of less than 10ns with the repetition rate of 1—8MHz.A 70.487MHz buncher will be used to compress the DC beam into the RF phase acceptance of±30°of the CRM cyclotron. The 2.2MHz sine waveform will be used for the chopper.A pulse with the repetition rate of 4.4MHz and pulse length less than 10ns is expected after CRM cyclotron.

关键词： pulsing buncher chopper injection-line

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CYCIAE-100剥离靶换靶机的研制

CYCIAE-100剥离靶换靶机的研制