RFQ(Radio Frequency Quadrupole)加速器又称为射频四极场加速器,它最早在20世纪70年代由前苏联的物理学家I.M.Kapchinsky和VA.Teplyakov提出。RFQ通过四根带调制电极产生电四极场,其横向分量对带电束流起聚焦作用,纵向电场分量则对束流同时起到加速和纵向聚束作用。RFQ加速器一般包括匹配段、成型段、聚束段和加速段,分别对束流进行径向匹配、成型、聚束和加速,因此RFQ加速器可以位于离子源或者LEBT之后接收并加速直流束,有较高的加速效率;经加速后输出的是微观脉冲束流,能量为几个MeV/u;比起传统的串列静电加速器和回旋加速器,RFQ加速器的几何尺寸小得多,加速束流强,目前已经成为低能加速器或者大型加速器的前级注入器的首选。　　北京大学RFQ课题组设计并建造的中子成像装置(PKUNIFTY,PekingUniversity neutron imaging facility)就基于RFQ加速器。装置的束线部分包括ECR离子源、LEBT、一台四杆型RFQ、HEBT和靶站。RFQ加速器全长约2.8m,工作在201.5MHz,重复频率10OHz,占空比不大于10％可调,将离子源引出的氘离子束从50keV加速到2MeV,设计的峰值流强达到50mA。该RFQ前期主要的理论设计等工作已经在2008年之前完成,并于2008年年中开始进行机械加工。本文的工作始于2007年9月,围绕着PKUNIFTY项目展开,主要包括以下三个方面:　　a)RFQ加速器冷测实验　　冷测实验主要目的是测试并调节腔体的射频特性,使各项射频参数达到动力学设计要求。重要的射频参数有腔体的工作频率、极间电压分布、Q值和比分路阻抗等。在机械结构和材料确定之后,Q值和比分路阻抗改变较小;冷测实验中需要重点调节的参数是谐振频率和极间电压的纵向分布,调谐的主要方法是在支撑板之间加入调谐块。　　该RFQ工作在201.5MHz高频,长度达到2.8m,加之其极间电容的纵向分布不均匀,因此调谐前极间电压的纵向分布均匀性较差,模拟和冷测结果表明最大值和最小值之比可达3倍左右,调谐具有很大的难度。本文采用电磁场仿真软件CST MWS对带调制电极全长腔进行了模拟,详细研究了调谐块对腔体频率和极间电压分布的影响。在模拟数据基础上编写了调谐程序对调谐块的组合参数进行优化计算,最终将工作频率调谐到201.5MHz,极问电压纵向不平整度不大于5％。　　b)RFQ加速器束流实验研究　　束流实验目的是成功加速氘离子到2MeV,获得足够高的束流流强和传输效率,实验中需要研究各种参数对束流传输的影响。　　束流调试之前需要进行高频功率实验,将射频功率成功馈入RFQ腔体并产生70kV极间电压。实验中逐步提高进腔功率,实验表明腔体能够长时间承受300kW的射频功率,经过功率锻炼之后极间打火现象减少,真空系统稳定和冷却效率足够。另外,功率实验中用高纯锗探测器测X射线的方法测量极问电压,测定结果表明腔体功耗约为284kW时极间电压达到70kV,拟合后的比分路阻抗为46.7kΩ*m。　　束流调试实验方面,RFQ入口束流参数影响着束流的传输,需要对RFQ入口参数扫描找到最优化参数,采用的方法是调节LEBT段两台螺线管透镜电流和两组导向磁铁电流。另外,极间电压随进腔功率变化,束流实验结果表明扣除束流负载后,腔耗在276kW～288kW时极间电压达到70kV设计值,与功率实验结果吻合。目前初步获得束流实验结果为:实验测得在射频功率300kW,RFQ入口流强30mA,出口约15mA,传输效率最高达到50％,2MeV的氘束能谱峰半高宽约±1.4％。　　c)PKUNIFTY控制系统设计　　控制系统要求对除了成像系统以外的包含ECR离子源、LEBT、RFQ及其400kw高频发射机、HEBT、靶站以及配套的真空、水冷等子系统的运行参数进行监测、诊断、分析和自动控制,使符合能量和流强要求的氘离子流准确注入靶站,满足加速器设计的物理目标,并保证系统长期稳定运行。此外,控制系统还应具备运行参数的记录、查询功能和完善的联锁保护机制。　　控制系统的主控制器是西门子S7-300系列PLC,CPU型号为315-2DP,与设备通信方式主要是模拟量和数字量信号,与射频功率发射机Afc/AGC控制小盒采用串口通信。上位机为PC机,人机交互界面用WinCC设计。　　控制系统有良好的图形化人机界面;由于WinCC内嵌了SQL2000数据库,因此系统无缝实现了数据库管理,设备参数记录、归档和查询功能;设计了联锁保护子系统完成了联锁状态实时监测和自动保护;配备闭路电视系统辅助监控巡查系统的工作状况。　　另外,控制系统同在软冗余架构,人机界面和PLC资源优化,程序优先级方面做了许多探索和实践,进一步提高了控制系统的安全性和可靠性。