介質壁加速器關鍵技術研究

《介質壁加速器關鍵技術研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由章林文擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：介質壁加速器關鍵技術研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：章林文
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

本文介紹了介質壁加速器的原理、套用前景以及國內外的進展情況，提出在前期工作的基礎上對介質壁加速器進行更為深入的研究。.已經結題的國家自然科學基金面上項目介質壁加速器基礎研究在國內首次對介質壁加速器進行了系統的研究工作。以項目取得的成果為基礎，本課題主要的研究方向是介質壁及其相關的關鍵技術及工藝研究，包括介質壁加速器的原理；相關新材料、新器件及其工藝研究；介質壁加速器在閃光照相、重離子加速、ADS、醫療等領域的套用研究。.通過上述工作，爭取在國內率先研製出加速電壓梯度大於60MV/m、脈衝寬度大於12ns的介質壁加速段,並在研究過程中解決介質壁加速器的工程設計問題，為後續工程奠定基礎。

結題摘要

本項目在執行期間，採用文獻調研、數值模擬與試驗研究相結合的方式，對介質壁加速器的物理概念、關鍵技術進行了系統而深入的研究，加深了對介質壁加速器的理解，掌握了相關新材料、新器件的研製工藝，成功研製了高梯度絕緣介質壁、高功率光導開關、高壓固態平板傳輸線等關鍵器件，獨立提出了介質壁質子加速器的技術路線，並成功實現技術整合，相繼研發出基於層疊Blumlein脈衝形成線的300kV納秒脈衝加速單元和總長為5cm的1MV介質壁加速器加速段。另外，為了研究介質壁質子加速機理，本項目還配套研製了強流質子束源注入器，開展了束流動力學設計等工作。以上各項研究均取得了重要進展與突破，建立了1MeV介質壁質子加速器平台，實現了對質子束的有效加速。下面簡要概述完成的研究工作以及取得的成果。 A.介質壁加速器關鍵技術研究 研究了固態平板傳輸線特性，選擇複合陶瓷固態平板傳輸線作為介質壁加速器的固態脈衝形成線，傳輸線電長度4.5ns，工作場強大於53MV/m；研製了高梯度絕緣介質壁，其外徑Φ50mm，內徑Φ35mm，高度15mm，擊穿場強最高達29MV/m，研究了絕緣介質壁真空沿面閃絡機理；研製了高功率GaAs光導開關及其觸發系統，開關工作直流偏壓大於20kV，最大導通電流達500A，壽命達到1.6×105次。 B.300kV加速單元及1MV介質壁加速段研製 在介質壁加速器關鍵技術研究取得進展的基礎上，成功研製了300 kV脈衝功率源。300kV脈衝功率源由15級層疊Blumlein脈衝形成線組成，可產生脈寬10ns、前沿3ns、幅度為300 kV的脈衝高壓。300 kV脈衝功率源驅動高梯度絕緣介質壁，構成300 kV介質壁加速器加速單元。並由此研製了由3組300kV單元構成的長度5cm、實現約1MV加速電壓的介質壁加速段，可在50Hz的重複頻率和猝發模式下工作，具有100A負載能力。 C.介質壁加速器相關配套技術研究 研製了介質壁加速器注入器。其參數為：引出最小為10mA、最大50mA離子束，束流能量為40keV，發射度小於0.2 π.mm.mrad，重複頻率50Hz，脈衝寬度0.5ms，質子比88%。研究了介質壁加速器對低能質子加速的束流動力學。介質壁加速器加速過程等效為行波加速，並由此模擬了1MeV質子束低能束流動力學，設計加速段採用電極為Ф18mm小管道半徑結構。