《高電荷態重離子RFQ加速器的研究》是依託北京大學，由陸元榮擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高電荷態重離子RFQ加速器的研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：陸元榮
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本合作項目旨在北京大學26MHz重離子整體分離環RFQ加速器研究成果的基礎上，結合蘭州重離子加速器冷卻儲存環的需要，開展52MHz高電荷態重離子四桿型RFQ加速器的研究。由於低能高電荷態重離子的空間電荷效應特別嚴重，因此本項目將先進的均溫動力學設計的理念以及空間電荷效應的影回響用於低能高電荷態重離子RFQ加速器的設計是十分重要的研究內容；同時開展高電荷態重離子源的引出離子種類、流強、引出束流的品質、以及空間電荷效應補償的研究，並建成一台可以用於高電荷態重離子RFQ加速器的低能離子注入器；發展北大1MeV重離子RFQ加速器的微翼型四桿RFQ加速結構，研究開展52MHz適宜於加速高電荷態重離子到每核子140keV的微翼四桿型RFQ加速器研究；並研究其在高占空比乃至連續波下高功率和束流試驗運行的可能性。
結題摘要
本課題為蘭州重離子研究裝置研製了一台連續波高電荷態重離子RFQ加速器，工作頻率為53.667 MHZ；將荷質比不小於1/7的17 mA離子束流從3.728 keV/u加速至143 keV/u。 RFQ的設計借鑑了國內外強流和高占空比RFQ的設計經驗。通過最佳化束流的相移變化過程避免了參數共振，其電極結構提供了較大的橫向接受度，為LEBT段與RFQ的入口匹配提供了便利；同時在聚束段部分使強流束接近均溫狀態，對於0.5 pmA的238U34+束流，不同的粒子跟蹤軟體都給出了超過94%的傳輸效率。 諧振結構方面，我們對RFQ的功耗分布進行了研究，每個支板的兩個支臂具有較高的功耗密度，需要足夠的水冷；在電極端部的懸空段設計了往返式的水冷通道，使其溫升得到有效控制；該RFQ配備了四個調諧器，其可使腔體頻率升高125 kHz；對於功率饋送器，對包括陶瓷窗在內的過渡段的功率損耗和場分布進行了分析，高功率饋送時過渡段自身的功率損耗約為1.5 kW，這部分功率需要通過水冷帶走。 SSC-LINAC RFQ的橫向聚焦強度沿縱向不斷變化，使得平均孔徑不再保持一致。通過數值模擬結果表明，這一變化造成的束流動力學參數差異很小，因此固定極頭半徑的加工方式是可行的。仿真結果表明，由於SSC-LINAC RFQ的頻率較低，電場的不平整度較小。 我們使用機械測量臂結合雷射跟蹤儀的方式對電極的安裝位置進行了測量，最大偏差量為0.17 mm，同時電極沿縱向存在一定的扭擺現象。 RFQ腔體實測Q0值為6440，頻率為53.607 MHz (室溫25℃)。四極場分布不平整度為±2.5%。功率試驗從5%占空比開始，直至連續波34 kW運行，腔體在連續波運行時的失諧約為2.18 kHz/kW。水溫的監測結果表明腔體能夠得到有效冷卻。功率試驗時通過測量軔致輻射譜對極間電壓進行了標定，結果表明極間電壓70 kV時的腔體功率約為35 kW，比分路阻抗為354kΩm。 在連續波模式下進行了16O5+離子和40Ar8+離子的RFQ束流實驗。測量顯示該器對高電荷態重離子的傳輸效率可達94%，用飛行時間法測得的16O5+離子出口粒子能量為141.89 keV/u，40Ar8+離子出口能量為142.78 keV/u，達到了設計要求。
