ADS注入器-Ⅱ束流损失监测研究

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束流损失监测系统是对束流损失加以监测的加速器工具,在现代大型加速器中已经得到广泛的应用,可以为加速器故障的诊断、机器安全的保护等提供有力的帮助。注入器-Ⅱ是中国科学院战略先导专项加速器驱动次临界洁净核能系统ADS强流质子加速器的注入器之一,采用全超导结构,质子束能量为10MeV,设计流强高达10mA。本论文从辐射场的模拟计算、拟选用探测器的研究、系统的在线监测实验三个方面对注入器-Ⅱ束流损失监测的基本问题进行了探索性研究。首先利用Monte-Carlo方法对注入器-Ⅱ的辐射场进行了模拟计算,给出了束流损失在不同位置条件下的中子、γ辐射场的分布,对束流损失探测器的安放位置的合理性进行了研究;而后,通过广泛的调研,结合辐射场的特点,选择了金刚石探测器、闪烁体中子探测器及正比计数管作为束流损失监测的探测器解决方案,并对其可行性进行了研究。对备选的E6876型正比计数管、EJ-410快中子探测器、EJ-420热中子探测器及金刚石探测器的基本性能进行了实验测试,结果显示:正比计数管具有较高的灵敏度、较快的时间响应以及良好的信噪比等特点,可作为辅助探测器。EJ-410和EJ-420闪烁体中子探测器的中子信号均远高于伽马信号,中子甄别性能高,时间响应快,有望成为注入器-Ⅱ最为可能的束流损失探测器。金刚石探测器对中子、伽马均有响应,有望在低能段的cryomodule内及加速器高能段的束流损失监测方面有着一定的应用前景;此外,结合数据获取系统,对金刚石探测器进行了详细的研究测试,分别在Pu-Be中子源、注入器-Ⅱ以及HIRFL-128#终端进行了测试,结果表明探测器在不同剂量率的辐射场中的响应具有良好的线性,从而使得束流损失监测成为可能。总的来讲,根据对注入器-Ⅱ辐射场的研究,在当前注入器-Ⅱ布局条件下,由于超导腔场致发射、加速器部件活化以及束流收集而造成的背景辐射场远高于由束流损失引起的辐射场,故难以通过次级辐射探测的方式来实现束流损失监测。但在加速器建成以后,基于金刚石探测器、闪烁体中子探测器以及正比计数管的探测器组合有望在将来的束流损失监测中发挥重要作用。
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