《高能質子微束動力學及磁鐵元件設計研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉劍利擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高能質子微束動力學及磁鐵元件設計研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉劍利
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由哈爾濱工業大學牽頭承擔的“十二五”國家重大科技基礎設施“空間環境地面模擬裝置”將在哈爾濱市進行建設。本項目將對高能質子微束裝置束流動力學及磁鐵元件進行研究，討論其在“空間環境地面模擬裝置”中套用的可行性。與傳統低能質子微束不同，高能質子微束設計必須考慮散射及核反應次級粒子對靶點束斑的貢獻，目前還沒有考慮這些貢獻的成熟軟體。本項目將利用Geant4工具包開發適用於高能質子微束束流動力學研究的設計程式，討論高能質子微束對束線元件的技術要求，完成四極磁鐵的設計及磁場分析，並利用已有實驗數據驗證程式的正確性。前期研究結果表明，微束系統中需要的四極磁鐵相比傳統四極磁鐵對技術提出了更高的要求，集中體現在高精度、小孔徑和高梯度方面，由此引出加工、安裝、冷卻、準直、隔振等一系列問題。本項目將通過詳細的設計與分析，研究可行的技術實現方法。
結題摘要
“十二五”國家重大科技基礎設施“空間環境地面模擬裝置”正在黑龍江省哈爾濱市進行建設，該項目將建設航天輻照用高能質子加速器，最高能量可將質子加速到300MeV，將填補我國尚沒有幾百MeV航天輻照用高能質子加速器的空白，為我國開展航天材料、器件輻照效應及規律研究，以及輻射生命科學研究提供重要機遇和平台。本項目的研究目的是通過模擬計算探討高能質子微束裝置在“空間環境地面模擬裝置”上套用的可行性，討論高能質子對技術實現的各種要求和挑戰。本項目較系統的研究了針對 基於同步加速器的300MeV質子微束技術將主要面臨的以下四方面的挑戰：1. 射程大；2.大量散射質子和次級粒子；3. 磁剛度高；4. 束流亮度低和能散度大。為了系統解決這四方面的挑戰，開展了：1.基於Geant4的高能質子微束束流動力學模擬軟體的研究；3.高能質子微束聚焦透鏡組系統設計方法的研究；3.四極磁鐵設計及磁場分析研究。部分研究成果已得到發表。在解決散射粒子影響方面，利用Geant4工具的優勢進行建模，提出了彎轉型狹縫系統方法，並研究了次級粒子在彎轉型狹縫系統中的禁止效果，驗證了方法的可行性。在聚焦透鏡組光學設計方面，分析了五種四極透鏡組結構，並進行了束流光學設計對比，深入研究了四極磁鐵的長度的選擇對四極磁鐵聚焦力的影響，得到了質子能量與四極磁鐵有效長度的匹配選擇參考曲線，提高了設計效率，得到的四極磁鐵技術要求可控制在現有技術水平可實現範圍內。較系統研究了各種像差，研究了抵消法和補償法兩類最佳化微束系統球差的辦法，提出了採用八極磁鐵的補償法，證實了該方法的可行性。針對雜散磁場對微束光學性能影響及校正方法方面，提出了利用校正鐵進行局部校正的方法，並模擬驗證了其可行性。在四極磁鐵設計及磁場分析方面，對四極磁鐵進行了建模，根據磁場分析結果，對束流光學軟體參數化方法進行了研究，並研製了合理性。本項目的研究成果為未來高能質子微束裝置的建設打下了前期理論基礎。
