摘要：基于KONUS动力学设计理论,完成了一台工作在脉冲模式的紧凑型常温交叉杆型漂移管直线加速器(CH-DTL)的束流动力学设计,并对关键问题进行了深入研究。该脉冲直线加速器工作频率选为325 MHz,内含29个加速间隙,动力学长度为1.3 m,可以将^(12)C^(5+)重离子束流能量由1 MeV/u提高至4 MeV/u。对有利于提高装置紧凑性的基本参数,如工作频率、加速电压、Kp值等进行了理论分析和研究。动力学模拟结果显示,粒子在DTL段传输效率大于99%,输出束团相宽约为20°,能量分散小于±1%。

摘要：A room temperature heavy ion linac has been proposed as a new injector of the main Cooler Storage Ring（CSRm） at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou（HIRFL）, which is expected to improve the performance of HIRFL. The linac injector can supply heavy ions with a maximum mass to charge ratio of 7 and an injection kinetic energy of 7.272 MeV/u for CSRm; the pulsed beam intensity is 3 emA with the duty factor of 3%. Compared with the present cyclotron injector, the Sector Focusing Cyclotron（SFC）, the beam current from linac can be improved by 10–100 times. As the pre-accelerator of the linac, the 108.48 MHz 4-rod Radio Frequency Quadrupole（RFQ） accelerates the ion beam from 4 keV/u to 300 keV/u, which achieves the transmission efficiency of 95.3% with a 3.07 m long *** phase advance has been taken into account in the analysis of the error tolerance, and parametric resonances have been carefully avoided by adjusting the structure parameters. Kombinierte Null Grad Struktur Interdigital H-mode Drift Tube Linacs（KONUS IH-DTLs）, which follow the RFQ, accelerate ions up to the energy of 7.272 MeV/u for CSRm. The resonance frequency is 108.48 MHz for the first two cavities and 216.96 MHz for the last 5 Drift Tube Linacs（DTLs）. The maximum accelerating gradient can reach 4.95 MV/m in a DTL section with the length of17.066 m, and the total pulsed RF power is 2.8 MW. A new strategy, for the determination of resonance frequency,RFQ vane voltage and DTL effective accelerating voltage, is described in detail. The beam dynamics design of the linac will be presented in this paper.

摘要：采用多粒子跟踪程序BEAMPATH对SSC-LINAC重离子RFQ直线加速器进行动力学模拟,分别对RFQ的接受度、高频特性、束流稳定性、空间电荷效应等进行了分析。该RFQ具有很大的纵向接受度,有利于束流在RFQ中的传输;高频特性研究表明,翼间电压设定在理论值以上时,该RFQ都能保持较好的束流特性;束流稳定性分析结果表明,该RFQ具有很大的束流失配容忍度;空间电荷效应研究表明,当束流强度低于0.5 m A时,束流传输不受影响。综合研究结果表明,53.667 MHz重离子RFQ具有较好的动力学特性,满足SSC-LINAC直线加速器的设计要求。

摘要：高精度环形谱仪SRing(Spectrometer Ring)是强流重离子加速器装置(HIAF)的重要组成部分,其等时性模式为远离β稳定线的短寿命原子核质量和寿命的精确测量提供国际领先的科研条件。为了扩大短寿命原子核质量测量精度和范围,SRing等时性模式设计了两种光学:γt=1.43和1.67。质量分辨是衡量等时性储存环的最重要参数。二极磁铁的高阶场以及磁铁的边缘场能强烈地引起束流光学高阶畸变,对质量分辨产生影响,因此需要高极磁铁对其进行校正。介绍了SRing等时性模式的线性计算,对非线性磁场的影响进行了详细研究。应用六极磁铁和八极磁铁对非线性场和发射度的影响进行了校正后,离子的循环时间标准偏差σ(T)/T达到3.5×10^(-7),质量分辨?m/m达到1×10~6。

摘要：BRing是HIAF工程的主加速器,其设计流强为每个脉冲内的粒子数1×1011个(238U34+),为了达到此设计流强,注入增益应达到88倍以上。BRing采用了双向涂抹注入方案,其满足BRing的注入增益要求,同时具有注入时间短和累计束分布较均匀而减小了空间电荷效应的特点。双向涂抹注入方案利用水平和垂直两组凸轨磁铁以及倾斜的静电偏转板,在水平相空间和垂直相空间内同时进行涂抹。为了检验双向涂抹注入方案能否达到BRing的设计要求,利用ORBIT程序对双向涂抹注入过程进行了模拟,模拟结果显示,在单次双向涂抹注入113圈的情况下,注入效率为97.7%,注入增益达到110.3倍,满足了BRing流强要求。累积束的分布相对均匀,空间电荷效应引起的工作点漂移约为-0.02,粒子因共振损失风险很小。针对注入束流偏角、切割板角度、工作点偏差和Bump延时等不同注入参数进行了误差分析,结果显示BRing的双向涂抹注入效率对注入参数偏差的容忍度较高。

摘要：基于KONUS束流动力学理论,完成了一台工作频率为162.5 MHz、占空比为1%的交叉指型漂移管直线注入器(IH-DTL)的动力学设计。该IH-DTL内置两套三组合四极透镜,共有41个加速单元,可为同步加速器提供流强400 eμA、能量4 MeV/u的C4+束流。在动力学设计过程中着重对每个加速间隙的同步能量偏差、注入相位和间隙电压等参数进行优化,使得该IH-DTL的横向归一化RMS接收度达到0.24πmm·mrad,且横纵向归一化发射度增长小于10%,有利于提高同步环的注入效率。然后根据动力学设计的结构参数进行IH-DTL的高频仿真计算,将得到的三维电磁场分布导入PIC粒子跟踪程序中进行束流动力学模拟。动力学模拟结果显示,束流在IH-DTL出口的横向自然发射度小于13πmm·mrad,达到了同步环的注入要求,而且在7%的垂直二极场分量下,束流中心的横向偏移在±0.5 mm以内,整体的束流传输效率高于99%。

摘要：中国科学院近代物理研究所在CSR-LINAC项目中设计了一台108.48 MHz的IH型RFQ直线加速器。该RFQ可以将质荷比为3～7的离子从4 ke V/u加速到300 ke V/u。在完成束流动力学设计的基础上,主要针对RFQ腔体的高频电磁设计展开了研究,同时利用了电磁场仿真和束流动力学模拟来研究腔体的四极场不平整度和二极场及其动力学影响。未经调谐的情况下,腔体的谐振频率为108.15 MHz,腔体空载品质因子Q0为5 910,腔体功耗为123 k W。通过在支撑板两端增加底切的设计,将腔体的四极场不平整度由-21%～12%优化至±2.5%,满足了束流动力学要求。腔体的二极场为-3%～-2.2%,使得束流在垂直方向小幅振荡,RFQ的垂直方向接受度减小5%。为了保证功率馈入时反射较小,将耦合器设置在临界耦合状态,耦合面积为940 mm2。为了补偿腔体的频率偏差和漂移,设计了调谐量分别为707和132 k Hz的固定调谐器和可动调谐器。

摘要：为了提高兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的运行效率、改善加速器输出束流品质,并实现几个加速装置分时供束,提高整个重离子加速装置的利用率,特为(HIRFL-CSR)增建一台新的注入器——CSR-LINAC。在108.48 MHz的RFQ之后的CSR-LINAC主加速段,主要由一台108.48 MHz和两台216.96 MHz的IH型漂移管直线加速器组成,用于加速荷质比为1/8.5～1/3之间的重离子,其最大的束流流强为3 mA,并将粒子从0.3 Me V/u加速到3.71 Me V/u。运用KONUS动力学原理,在满足设计指标的情况下,首先利用Trace Win程序进行中能束线MEBT设计,后针对高频腔体设计和束流匹配的基本参数的系列讨论,特别是对CSR-LINAC的中能束流匹配线、参数选择和IH型KONUS结构的漂移管直线加速器进行设计模拟优化。最终得出,在保证腔体设计指标和95.3%的传输效率的情况下,该紧凑型直线加速结构经过三个腔体的加速后,束流的纵向归一化均方根发射度增长仅有25%;同时发现,当流强达到3 mA时,存在空间电荷效应,导致其纵向相宽增长约25%,最大横向包络也存在16.5%的涨落。