本发明专利技术涉及一种带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置与方法、带电粒子回旋加速器，腔体锻炼加速装置包括对高频发射机功率重分配的装置及对高频腔缓冲冷却的装置，本发明专利技术具有在发生多电子倍增效应时以被动式缓冲冷却的方式提高高频腔冷却回路的循环温度，进而提高高频腔的出气速度的效果。在一具体示例中，所述功率重分配装置包括环形器与假负载器，用于提供非连接到高频腔的功率传递路径;在更具体示例中，缓冲冷却装置包括内循环冷却回路、外循环冷却回路及换热器，假负载器设置在外循环冷却回路往换热器的冷却路径中。
Chamber exercise acceleration device and method of charged particle cyclotron, cyclotron
【技术实现步骤摘要】
带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置与方法、回旋加速器
本专利技术涉及质子/重离子等带电粒子加速的
，尤其是涉及一种带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置与方法、回旋加速器，其中一种具体的带电粒子可以应用为质子，指质量数等于1的自由离子，另一种具体的带电粒子可以应用为重离子，指质量数大于等于4的自由离子。
技术介绍
多电子倍增效应对于带电粒子回旋加速器的运行质量有着关键影响，在真空环境下，例如是真空度小于1×10-5mbar时，少量的射频功率在二次电子发射系数高于1的腔体金属几何表面就足以产生与频率、功率以及距离相关的电子云往复震荡，以致于回旋加速器无法正常工作。通常带电粒子回旋加速器主要由离子源系统、粒子输运系统、主磁铁、高频系统、真空系统及各种辅助系统等组成。其中高频系统一般由高频加速电极、高频共振腔和高频功率源三部分构成。高频系统的作用在于为离子提供回旋加速器所必需的高频电压，是加速器中最基本的组成部分之一，为了保持高频共振腔工作状态的稳定需要长时间的腔体锻炼，才能尽可能的消除多电子倍增效应造成的有害影响。目前国际上常用的腔体锻炼方法是采用重复周期短的脉冲进行锻炼，安全系数较高，但不可避免地需要消耗大量的锻炼时间。这是因为回旋加速器的高频共振腔内是一种非线性负载，在多电子倍增效应下，高频腔内产生电子云会影响射频范围高频系统的匹配，当电子轰击的能量不能加以限制，会造成高频腔内表面材料的改变和失效，甚至损坏加速器射频陶瓷耦合窗这类的关键部件。例如是紧凑型回旋加速器，其空间狭小，材料繁多，结构复杂，特别是当高频腔体电极处于磁铁峰、谷区的边缘场中，上述客观因素加剧了回旋加速器受到多电子倍增效应的运行复杂性。原申请人在中国专利技术专利申请公布号CN108633160A公开了一种质子加速器束流冷却装置，属于质子加速器领域，包括导热束流阻断体，导热束流阻断体侧壁上开设有存储凹槽，凹槽内存储有冷却液；导热束流阻断体与中空管体一端相连，中空管体另一端与导热冷凝体相连，导热束流阻断体的凹槽、中空管体的内腔和冷凝体之间形成供冷却液冷却的冷却内腔。因此，已公开了可以通过热传导的方式对质子加速器进行散热冷却。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，能够在腔体锻炼过程发生锻炼不足时以被动式缓冲冷却的方式提高高频腔冷却回路的循环温度，进而提高高频腔的出气速度，有效缩短高频腔的锻炼时间。本专利技术的第二目的是提供一种带电粒子回旋加速器，使用前述的腔体锻炼加速装置，用以实现回旋加速器高频腔腔体的锻炼加速的技术效果。本专利技术的第三目的是提供一种带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速方法，用以实现加快高频腔的排气，使高频腔更快速度过多电子效应区，减少加速器从首次调试到达到运行工况的时间。本专利技术的第一专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：提出一种带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，所述腔体锻炼加速装置所适用的带电粒子回旋加速器包括高频腔与经由第一功率传递路径对所述高频腔馈入功率的高频发射机，所述腔体锻炼加速装置包括功率重分配装置与缓冲冷却装置。所述功率重分配装置切换所述高频发射机的馈入功率至第二功率传递路径，用于重新分配所述高频腔馈收到的馈入功率;所述缓冲冷却装置以有序的方式先冷却由接受所述第二功率传递路径产生的热量再冷却所述高频腔。通过采用上述技术方案，利用所述功率重分配装置与所述缓冲冷却装置，在使用所述腔体锻炼加速装置进行带电粒子回旋加速器的腔体锻炼时，当所述高频腔的腔体表面间歇发生多电子倍增效应，能够重新分配所述高频发射机的馈入功率至非连接所述高频腔的第二功率传递路径;同时，能够接受所述第二功率传递路径产生的热量缓冲冷却所述高频腔，因此以被动式缓冲冷却的方式提高高频腔冷却回路的循环温度，进而提高高频腔的出气速度，有效缩短高频腔的锻炼时间。本专利技术在第一较佳示例中可以进一步配置为：所述功率重分配装置包括环形器与假负载器，所述高频发射机经由所述环形器个别连接至所述假负载器与所述高频腔，用于选择性向所述高频腔与所述假负载器的任一者馈入功率，所述假负载器用于接受当所述高频腔的腔体表面间歇发生多电子倍增效应时由所述高频发射机馈入的功率。可以通过采用上述优选技术方案，利用环形器与假负载器的组合关系，实现切换所述高频发射机馈入功率的功率再分配功能。本专利技术在第一较佳示例的第一具体样态中可以进一步配置为：所述缓冲冷却装置包括内循环冷却回路、外循环冷却回路及换热器，所述内循环冷却回路用于冷却所述高频腔，所述外循环冷却回路透过所述换热器与所述内循环冷却回路间接热交换，所述假负载器设置在所述外循环冷却回路往所述换热器的冷却路径中。可以通过采用上述优选技术方案，利用外循环冷却回路与换热器的组合关系，实现所述缓冲冷却装置以有序的方式先冷却所述假负载器并维持所述高频腔温度的缓冲冷却功能。本专利技术在第一较佳示例的第二具体样态中可以进一步配置为：所述第一功率传递路径包括连接所述高频发射机至所述环形器的第一馈入管以及连接所述环形器至所述高频腔的第二馈入管，所述第二功率传递路径包括连接所述高频发射机至所述环形器的第一馈入管以及连接所述环形器至所述假负载器的第三馈入管。可以通过采用上述优选技术方案，利用所述第一馈入管经过所述环形器至所述第二馈入管与所述第三馈入管，实现所述第一功率传递路径与所述第二功率传递路径在连接所述高频发射机的分段共用。本专利技术在第一较佳示例的第一具体样态的一具体结构中可以进一步配置为：所述内循环冷却回路的冷却路径上设置有第一循环泵，用于提供由所述换热器换热的内循环冷却液至所述高频腔的流体动力。可以通过采用上述优选技术方案，利用所述内循环冷却回路的循环泵，能够实现所述内循环冷却回路的封闭式冷却路径建置，有利于所述高频腔的缓冲冷却，并方便外循环冷却回路的检查维护。本专利技术在第一较佳示例的第一具体样态的一具体结构中更具体地还可以进一步配置为：所述换热器只提供热量交换，所述内循环冷却回路的内循环冷却液与所述外循环冷却回路的外循环冷却液不互相连通;或者/以及，所述外循环冷却回路的冷却路径上设置有第二循环泵与制冷机，所述假负载器位于所述制冷机与所述换热器之间。可以通过采用上述优选技术方案，利用所述换热器只提供热量交换且不互相连通冷却液，以实现两个内外循环冷却回路的封闭式冷却路径;或者/以及，利用所述假负载器位于所述制冷机与所述换热器之间，能实现所述缓冲冷却装置以有序的方式先冷却所述假负载器再冷却所述高频腔的技术效果。本专利技术在第二较佳示例中可以进一步配置为：所述缓冲冷却装置的制冷机与所述高频发射机之间连接有功率与冷却同步连接线，所述缓冲冷却装置在用以冷却所述高频腔的路径上提前预冷所述被切换的所述高频发射机的馈入功率经过所述第二功率传递路径产生的热量，使所述缓冲冷却装置对所述高频腔的制冷效率与所述高频发射机的馈入功率为非同步关系。通过采用上述优选技术方案，利用功率与冷却的同步连接并配合其连接的所述腔体锻炼加本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，其特征在于，所述腔体锻炼加速装置所适用的带电粒子回旋加速器包括高频腔(10)与经由第一功率传递路径对所述高频腔(10)馈入功率的高频发射机(20)，所述腔体锻炼加速装置包括：/n功率重分配装置(30)，切换所述高频发射机(20)的馈入功率至第二功率传递路径，用于重新分配所述高频腔(10)馈收到的馈入功率;及/n缓冲冷却装置(40)，以有序的方式先冷却由接受所述第二功率传递路径产生的热量再冷却所述高频腔(10)。/n
【技术特征摘要】
1.一种带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，其特征在于，所述腔体锻炼加速装置所适用的带电粒子回旋加速器包括高频腔(10)与经由第一功率传递路径对所述高频腔(10)馈入功率的高频发射机(20)，所述腔体锻炼加速装置包括：
功率重分配装置(30)，切换所述高频发射机(20)的馈入功率至第二功率传递路径，用于重新分配所述高频腔(10)馈收到的馈入功率;及
缓冲冷却装置(40)，以有序的方式先冷却由接受所述第二功率传递路径产生的热量再冷却所述高频腔(10)。
2.根据权利要求1所述的带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，其特征在于，所述功率重分配装置(30)包括环形器(31)与假负载器(32)，所述高频发射机(20)经由所述环形器(31)个别连接至所述假负载器(32)与所述高频腔(10)，用于选择性向所述高频腔(10)与所述假负载器(32)的任一者馈入功率，所述假负载器(32)用于接受当所述高频腔(10)的腔体表面间歇发生多电子倍增效应时由所述高频发射机(20)馈入的功率。
3.根据权利要求2所述的带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，其特征在于，所述缓冲冷却装置(40)包括内循环冷却回路(41)、外循环冷却回路(42)及换热器(43)，所述内循环冷却回路(41)用于冷却所述高频腔(10)，所述外循环冷却回路(42)透过所述换热器(43)与所述内循环冷却回路(41)间接热交换，所述假负载器(32)设置在所述外循环冷却回路(42)往所述换热器(43)的冷却路径中。
4.根据权利要求2所述的带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，其特征在于，所述第一功率传递路径包括连接所述高频发射机(20)至所述环形器(31)的第一馈入管(51)以及连接所述环形器(31)至所述高频腔(10)的第二馈入管(52)，所述第二功率传递路径包括连接所述高频发射机(20)至所述环形器(31)的第一馈入管(51)以及连接所述环形器(31)至所述假负载器(32)的第三馈入管(53)。
5.根据权利要求3所述的带电粒子回旋加速器的腔体锻炼加速装置，其特征在于，所述内循环冷却回路(41)的冷却路径上设置有第一循环泵(44)，用于提供由所述换热器(43)换热的内循环冷却液至所述高频腔(10)的流体...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘景源，殷治国，纪彬，邢建升，魏俊逸，
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
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