一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，包括以下步骤：选择高频频率为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍的步骤；设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置的步骤；设置长漂移节中第一个高频腔的初始相位的步骤；设置长漂移节中第n个高频腔的初始相位的步骤。本发明专利技术提供每个高频腔空间位置的布置方法，粒子在经过每个高频腔时均在0度相位、即峰值电压加速，将使高能圆型加速器的圈能量增益达到最大值，降低加速器内非理想因素对束流的破坏，增加引出效率，提高加速器的整体可靠性，为实现更高束流流强打下基础。

【技术实现步骤摘要】
一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法
本专利技术属于加速器
，尤其涉及一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法。
技术介绍
圆型加速器由各种类型的磁铁和高频腔组成，粒子在加速器磁场作用下作环形运动，并通过高频电场不断加速。高能、强流是圆型加速器发展的一个主要趋势，在多个重要的核技术应用领域、在乏燃料后处理、先进核能系统的材料辐射损伤、军民两用同位素研发等国民经济领域；以及在中子和介子科学、中微子和暗物质等基础研究领域，均有巨大的应用潜力。圈能量增益是圆型加速器实现高能、强流的一项关键参数，其主要体现在：⑴、高的圈能量增益意味着，粒子在加器中的加速速度快、加速圈数少，因而，工程上引入的非理想电磁场，空间电荷等束流集体效应，以及高阶共振穿越(低阶共振穿越一般是要避免的)等大量因素对束流品质的影响将会减小，从而减小加速器内的束流损失，降低设备的整体活化水平，提高整体可靠性。⑵、束流引出过程中，束流需要从内圈轨道加速到外圈轨道后，经引出元件偏出，因而需要把最外圈轨道与上一圈轨道分离，其分离距离取决于最后一圈的能量增益，从而决定加速器的引出效率，这对一台高能、强流加速器至关重要。粒子在圆型加速器中旋转，每次穿过高频腔将获得相应地能量增益：VE＝Vcos(φ0+ωrft)；⑴其中，V为高频腔的峰值电压，φ0为t＝0时刻高频腔的初始相位，ωrf为高频回旋频率，t为粒子经过高频腔中心的时刻，因而φ0+ωrft是粒子经过高频腔中心时的高频相位。高能圆型加速器每段漂移节往往由多个高频腔组成，同一个漂移节内设置单个高频腔和多个高频腔的区别在于：当采用多个高频腔时，如果将同一个漂移节内的多个高频腔相互平行摆放，就会出现注入能量粒子和引出能量粒子在经过多个高频腔体的中心点时，相位差不等，相位差不等就不能实现等时性，就会降低粒子的圈能量增益。因此，为了达到最高的圈能量增益，高频腔的布置将变得非常重要。同一个漂移节内设置多个高频腔还会出现另一个问题：当t＝0时刻，由于两个高频腔的物理位置沿着加速器周向具有一定距离，致使它们的初始相位不同，即使采用高频频率为高频腔单元周期整数倍的技术方案，也只能保证其中一个高频腔在到达下一个漂移节相同位置的高频腔体中心点时其高频电压为0度相位，而不能保证下一个漂移节内所有和上一个漂移节相同位置高频腔中心点高频电压相位同样都达到0度相位，因为当一个漂移节设置多个高频腔时，它们初始位置位置的差异造成初始相位差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，目的在于解决现有技术当一个漂移节设置多个高频腔时，注入能量粒子和引出能量粒子在经过多个高频腔体的中心点时相位差不等、以及同一个漂移节内不同位置高频腔体或不同漂移节相同位置腔体在粒子达到各自中心点时不能均保持0度相位问题。本专利技术为解决其技术问题采用以下技术方案：一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，其特点是：包括以下步骤：步骤一、选择高频频率为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍；步骤二、设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置；步骤三、设置长漂移节中第一个高频腔的初始相位；步骤四、设置长漂移节中第n个高频腔的初始相位。所述步骤一的选择高频频率，为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍，具体为：ωRF＝aNω0；其中，N为单元周期数，ωRF、ω0分别为高频频率和粒子回旋频率，a为任一正整数。所述步骤二的设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置，具体为：注入能量和引出能量粒子经过两个腔时的高频相位差相同，即Vφi＝Vφe；其中，Vφi、Vφe分为注入能量和引出能量粒子经过两个高频腔时的高频相位差，Li、Le分别为注能能量和引出能量经过两个高频腔的距离，vi、ve分别为注入能量和引出能量粒子的速度。所述步骤三的设置长漂移节中第一个高频腔的初始相位，具体为：粒子经过该高频腔中心时，高频腔的相位φ0_1＝0°。所述步骤四的设置长漂移节中第n个高频腔的初始相位，具体为：其中，φ0_1、φ0_n分别为长漂移节中粒子经过的第一个高频腔和第n个高频腔的初始相位，vi为注入粒子的运动速度，Li为注入能量粒子经过两个高频腔的距离。本专利技术的优点效果本专利技术提供每个高频腔空间位置的布置方法，粒子在经过每个高频腔时均在0度相位、即峰值电压加速，将使高能圆型加速器的圈能量增益达到最大值，降低加速器内非理想因素对束流的破坏，增加引出效率，提高加速器的整体可靠性，为实现更高束流流强打下基础。附图说明图1为高能圆型加速器基本结构；图2高频腔电压曲线；图中，1:由多个磁铁组成的磁铁组件；2-1：长漂移节中的第一个高频腔；2-2：长漂移节中的第二个高频腔；3：磁铁组件间的长漂移节；4：注入能量粒子；5：引出能量粒子；6：一个高频腔周期单元；7：长漂移节中第一个高频腔的电压曲线；8：长漂移节中第二个高频腔的电压曲线。具体实施方式1、高能圆型加速器基本结构。如图1所示，圆型加速器一般由多个周期的磁铁组件1和高频腔组成，高频腔布置在磁铁组件之间的漂移节3内。注入能量粒子4进入到加速器内圈轨道，在磁铁偏转作用下作螺旋运动，通过高频腔不断获得能量增益，最终运动到加速器外圈轨道达到引出能量，达到引出能量的粒子称之为引出能量粒子5。如图2所示，高频腔电压随时间呈余弦波分布，余弦波0°相位为峰值电压相位。粒子在通过高频腔时，只有处于0°相位(图中标记为7的电压曲线0°相位在横坐标的0点，标记为8的电压曲线0°相位在T＝T0的位置)才能获得最大的圈能量增益。图1中高频腔中心点的定义：如图1所示，每个高频腔2-1、2-2沿着加速器周向具有一定的宽度，该宽度的中心点称为高频腔中心点。2、本专利技术要解决的问题本专利技术要解决提高加速器圈能量增益的问题。本专利技术提高圈能量增益的第一种方案为等0°相位的方案。从加速器圈能量增益公式能够看出VE＝Vcos(φ0+ωrft)，提高圈能量增益就是：当粒子经过高频腔中心点时(高频中心点相位为：φ0+ωrft)，高频电压曲线达到峰值，也就是0°相位。本专利技术要求的等0°相位有两种情况，一种等0°相位的情况是指粒子经过当前漂移节的一个高频腔2-1的中心点、到达下一个漂移节的2-1高频腔的中心点时，要求该下一个漂移节的2-1高频腔的中心点的相位为0°相位或峰值电压相位；另外一种等0°相位的情况是指每个漂移节3内的不同位置的高频腔2-1、2-2，当粒子分别经过2-1、2-2的中心点时，要求到达第二个高频腔2-2(若粒子逆时针转动，则2-2为第二个高频腔体，如果顺时针转动，则2-1为第二个高频腔体)的中心点时，其中心点的相位同样为0°相位；总之，本专利技术要解决粒子经过图1中的任何一个高频腔的中心点时，其高频电压均为峰值电压或0°相位。本专利技术提高圈能量增益的第二种方案为等相位差的方案。如图1所示，：注入能量粒子4和引出能量粒子5经过两个腔时2-1、2-2的高频相位差相同，高频相位差相同是为了实现等时性，等时性可以提高圈能量增益。3、本专利技术解决其技术问题的思路⑴针对第一种等0°相位情况的解决方案：解决粒子经过上一个漂移节和下一个漂移节相同位置的高频腔中心点的相位均为0°相位问题。本部分解决方案见本专利技术权利要求1的步骤一。其一，解决同步问题：所谓同步既是指图2的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、选择高频频率为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍；步骤二、设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置；步骤三、设置长漂移节中第一个高频腔的初始相位；步骤四、设置长漂移节中第n个高频腔的初始相位。

【技术特征摘要】
1.一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、选择高频频率为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍；步骤二、设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置；步骤三、设置长漂移节中第一个高频腔的初始相位；步骤四、设置长漂移节中第n个高频腔的初始相位。2.根据权利要求1所述的一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，其特征在于：所述步骤一的选择高频频率，为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍，具体为：ωRF＝aNω0；其中，N为单元周期数，ωRF、ω0分别为高频频率和粒子回旋频率，a为任一正整数。3.根据权利要求1所述的一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，其特征在于：所述步骤二的设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置，具体为：注入能量和引出能量粒子经过两个腔时的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天爵，李明，边天剑，殷治国，王川，安世忠，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11