摘要：磁路和天线位置对电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster, ECRIT)的电子加热、等离子体约束和输运过程都有很大的影响,进而影响离子束流引出和中和器耦合电压.本文开展不同磁路和天线位置下2 cm ECRIT离子束流和耦合电压变化规律的实验研究.通过比较不同磁路的离子源和中和器的束流引出特性,选出合理的磁路结构,再比较不同天线位置对束流引出的影响.归纳了磁路和天线位置对ECRIT的性能影响规律,得到合理的推力器结构.实验结果表明:功率和流量的增加有助于提高离子引出束流和降低电子引出压;保持天线空间位置不变,合理的磁路结构能增大电子获能并减小粒子损失,从而提高引出离子束流并降低耦合电压;在合理磁路结构条件下,离子源和中和器存在有利于离子引出和降低耦合电压的合理天线位置.根据实验结果选择出结构较优的中和器和离子源进行中和实验.结果表明:有无中和器工作时对离子源束流引出的影响较小;功率和流量为1 W, 0.1 sccm (1 sccm=1 mL/min)的中和器与功率和流量为2 W, 0.3 sccm的离子源能良好匹配工作,性能指标为离子束流5.3 mA、放电损耗337.5 W/A、推进剂利用率24.7%、推力368.6μN、比冲1277.6 s、中和器耦合电压17.4 V.研究结果有助于理解推力器工作机理,并为设计和性能优化提供参考.

摘要：引出凸轨(BUMP)电源是负责医用重离子加速器束流引出的关键设备,其电流上升的同步性影响束流的引出效率,而电流波形的多样性与治疗模式和治疗精度密切相关。要在凸轨磁铁(0.2~0.4 mH)上产生1~5 ms上升且精确同步的励磁电流,并确保电流的跟踪性和波形的多样性,采用了实时调整强励电压及基于特征参数的电流波形控制方法。本文介绍了基于Inter公司SoC(System-on-a-Chip)技术的引出BUMP电源数字控制器软硬件设计,并首次应用到医用重离子加速器装置,经过现场验证,在不同的凸轨磁铁上产生了1~5 ms同步变化的电流,同时保证了电流上升时期的跟踪精度(>5 s),达到了设计要求。

摘要：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。