【摘 要】
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因进行高精度的核测实验,加速器装置的核物理实验终端提出产生时间结构为:单个束团脉宽1ns、相邻束团间隔1ms的脉冲束团链。在CAFe超导直线加速器中,每一个高频周期长度的束团经高频系统调制后脉宽可达到1ns,但两相邻束团时间间隔约为6.15ns,无法满足实验终端对束团间隔为1ms的要求。为了提供符合终端需求时间结构的束流,本文采用的方法是在低能传输段内用束流斩波器每隔1ms切割出脉宽为单个高频周期
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
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因进行高精度的核测实验,加速器装置的核物理实验终端提出产生时间结构为:单个束团脉宽1ns、相邻束团间隔1ms的脉冲束团链。在CAFe超导直线加速器中,每一个高频周期长度的束团经高频系统调制后脉宽可达到1ns,但两相邻束团时间间隔约为6.15ns,无法满足实验终端对束团间隔为1ms的要求。为了提供符合终端需求时间结构的束流,本文采用的方法是在低能传输段内用束流斩波器每隔1ms切割出脉宽为单个高频周期(6.15ns)的束团,使其经后续传输和加速最终达到实验终端对束流品质的要求。现有的束流斩波器电压上升沿接近20ns。电压上升沿超过3倍高频周期而无法产生“干净”的单束团,本论文采用在斩波器极板上加载正负交替线性变化电压的方法,不同时刻进入斩波器极板的束流受到的偏转效果不同,导致束流在RFQ入口处的横向位置有着不同的分布。最终将RFQ入口横向孔径的物理限制转变为能进入RFQ束流的时间限制,由此来实现单束团筛选。文章的理论部分从带电粒子在时变电场中的运动规律出发,建立笛卡尔坐标系和斩波器模型,推导束流粒子经过正负交替线性变化电场作用后在RFQ入口的横向位置随时间的变化规律。文章的实践部分基于CAFe超导直线加速器低能段平台,结合变化板间距斩波器的实际情况,计算在CAFe超导直线加速器上实现单束团筛选所需求的电压变化速率。因为实验终端需求单脉冲束内含有尽可能多的束流粒子,因此也在Trace Win束流模拟软件上进行多粒子传输模拟以进行单束团筛选效率的研究。计算结果表明:在CAFe超导直线加速器上,RFQ入口束流孔径为10mm,对于20Ke V的质子束,当电压变化斜率是201.8V/ns时,可以筛选出6.15ns的单束团进入RFQ加速器进行下级传输。在此条件下的多粒子模拟结果表明:低能段传输效率为81.6%,RFQ传输效率为53.7%,整体传输效率为43.9%。
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