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RFQ冷却聚束器RFQ1L是中国科学院近代物理研究所正在研制的重核及核结构研究谱仪SHANS的一个重要组成部分。RFQ1L的主要任务是能高效率地收集和冷却次级束流,使其具有非常小的发射度和能量分散,并把冷却后的高品质束流传输至后续设备,为粒子的进一步操纵和精细的核结构和衰变研究以及高精度的质量测量提供条件。
本论文以RFQ冷却聚束器RFQ1L的缓冲气体冷却和束流传输为主要内容。在介绍了RFQ冷却聚束器的基本工作原理之后,说明了RFQ1L建设的相关情况。采用粘滞阻力模型、硬球碰撞模型和离子分子势模型对缓冲气体冷却及RFQ1L中束流的传输进行了详细的模拟和分析。
对三种模型得到的模拟结果和实验值进行详细比较后,确定了不同模型的能量适用范围。在低能区,粘滞阻力模型和硬球碰撞模型较好,而离子分子势模型更适用于稍微高一些的能区。在He气作为缓冲气体的情况下,粘滞阻力模型和硬球碰撞模型可以用于模拟能量小于~5eV/u的离子的运动,而对于离子分子势模型,相应的值为小于~80eV/u。超过这个能量界限,三种模型都不可用,模拟得到的阻止距离会与实际情况相差很大。随着缓冲气体原子质量的增大,模型可用的能量上限也随之下降。对于离子分子势模型,此能区从在He气中的~80cV/u降到在Ne气中的~50eV/u,在Ar气中的~20eV/u;对于粘滞阻力模型,此能区从在He气中的~5eV/u降到在Ar气中的~2eV/u。
采用三种不同的模型,讨论了Mathieuq值范围、RF高频电场的电压及频率、缓冲气体压强、轴向电压、离子能量、不同缓冲气体等参数对RFQ1L中束流冷却和传输的影响。根据模拟及分析结果,我们认为离子分子势模型是三者中最优的。因此,采用离子分子势模型,重复离线调试参数,对RFQ1L中离子的运动进行模拟,并与离线调试结果进行了比较。通过分析,找出了离线调试遇到困难的原因,以及RFQ1L可能存在的问题。