【技术实现步骤摘要】
高精密电磁组合测量方法及基于该方法的负氢回旋加速器
本专利技术属于强流质子回旋加速器电磁场特性、电场分布测量
，具体涉及一种高精密电磁组合测量方法及基于该方法的负氢回旋加速器。
技术介绍
紧凑型高平均流强负氢回旋加速器是指的加速离子种类为负氢（H-）的连续波等时性紧凑型回旋加速器，加速器引出的最终平均束流流强200μA以上。紧凑型高平均流强负氢回旋加速器，可以产生强流质子束、打靶产生高通量中子和放射性核束（RIB）以用于国防核技术、核物理基础与核技术应用研究，如核数据测量、辐射物理、中子物理、核结构、材料科学与生命科学等，是核科学
开展基础和应用研究的重要平台。紧凑型高平均流强负氢回旋加速器是一个非常庞大的电磁装置组合系统，其工作基础就是要对组成回旋加速器的各个电磁装置进行电变量和磁变量的精确测量以及电磁组合的高精密测量。负氢回旋加速器最终要产生负氢和质子等带电粒子束流，其束流信号本身就是一个大小为μA量级的弱电信号，束流流强大小的测量实质上就是对弱电信号的直接测量。负氢回旋加速器的最终要达到的性能指标，...
【技术保护点】
1.一种高精密电磁组合测量方法，该方法用于紧凑型高平均流强负氢回旋加速器，包括以下步骤：/n步骤一、强流负氢离子束产生过程的测量；/n步骤二、强流负氢离子束传输过程的测量；/n步骤三、强流负氢离子束注入过程的测量；/n步骤四、强流负氢离子束加速过程的测量；/n步骤五、强流负氢离子束引出过程的测量；/n其特征在于：/n所述步骤一强流负氢离子束产生过程的测量，包括以下环节：/n
【技术特征摘要】
1.一种高精密电磁组合测量方法，该方法用于紧凑型高平均流强负氢回旋加速器，包括以下步骤：
步骤一、强流负氢离子束产生过程的测量；
步骤二、强流负氢离子束传输过程的测量；
步骤三、强流负氢离子束注入过程的测量；
步骤四、强流负氢离子束加速过程的测量；
步骤五、强流负氢离子束引出过程的测量；
其特征在于：
所述步骤一强流负氢离子束产生过程的测量，包括以下环节：
主磁铁轴线与离子源注入线严格同轴、主磁铁组件中心点与中心区的中心点严格重合的测量；
所述步骤二强流负氢离子束传输过程的测量，包括以下环节：
主磁铁轴线与离子源注入线严格同轴、主磁铁组件中心点与中心区的中心点严格重合的测量；
中心区与离子源注入线6D相空间束流匹配度的测量；
所述步骤三强流负氢离子束注入过程的测量，包括以下环节：
主磁铁轴线与离子源注入线严格同轴、主磁铁组件中心点与中心区的中心点严格重合的测量；
中心区与离子源注入线6D相空间束流匹配度的测量；
中心区磁场分布与中心区电极结构配合度的测量；
所述步骤四强流负氢离子束加速过程的测量，包括以下环节：
主磁铁高能区最大磁场强度1.35T的测量；
主磁铁开孔和高真空度综合效益的测量；
高频系统改变电感中心位置提高圈能量增益的测量；
所述步骤五强流负氢离子束引出过程的测量，包括以下环节：
引出区边缘场和束流引出轨道束流光学匹配度的测量。
2.根据权利要求1所述一种高精密电磁组合测量方法，其特征在于：
所述环节主磁铁轴线与离子源注入线严格同轴、主磁铁组件中心点与中心区的中心点严格重合的测量，具体如下：
在主磁铁的加工安装过程中，采用加工与装配穿插作业，装配时不断用先进的激光跟踪仪检测设备对零件关键点进行检测与确定，既要保证离子源注入线轴线与主磁铁轴线同轴技术要求，同轴偏差不超过0.1mm，又要保证主磁铁中心与中心区的中心的严格重合、偏差不大于0.1mm，然后通过霍尔效应器件来测量磁场的分布，测量磁场均匀性和对称性。
3.根据权利要求1所述一种高精密电磁组合测量方法，其特征在于：所述环节中心区与离子源注入线6D相空间束流匹配度的测量，具体过程如下：
1）强流负氢离子源产生的高亮度负氢离子束流与纵向相空间的高频聚束器匹配测量，通过频谱测量装置测量聚束器的高频频率和回旋加速器的高频频率；
2）强流负氢离子源产生的高亮度负氢离子束流与横向聚焦力的螺线管透镜和三单元四极透镜匹配测量，基于霍尔效应器件测量匹配磁场；
3）传输的高亮度负氢离子束流与纵向和横向深度耦合的螺旋形静电高压偏转板匹配测量，进行中心区电场的电场分布测量；进行螺旋形静电高压偏转板的电压测量和电压分布测量；
4）传输的高亮度负氢离子束流与回旋加速器中心区静态磁场等效的6D相空间稳定区之间的6D相空间匹配测量。
4.根据权利要求1所述一种高精密电磁组合测量方法，其特征在于：所述环节中心区磁场分布与中心区电极结构配合度的测量，具体过程如下：
1）中心区电极结构和磁聚焦结构零部件的测量以及彼此相结合的测量，中心区电磁场特性的测量；
2）通过采用霍尔效应测试装置和核磁共振（NMR）装置来测量主磁铁磁体形成的磁场分布的测量，来实现共同提供足够强的轴向聚焦的测量；
3）轴向聚焦保证轴向可接受加速最大束团内粒子的轴向振荡幅度小于5mm的测量。
5.根据权利要求1所述一种高精密电磁组合测量方法，其特征在于：所述环节的主磁铁高能区最大磁场强度的测量，具体过程如下：
加速器磁铁结构形成的磁场在高能区最大不超过1.35T的测量，是通过霍尔效应装置的高精度电磁感应法的磁场测量装置测量高能区磁场分布获得的，通过该方法对数函数地降低了负氢束流的洛伦兹剥离损失，保证了强磁场引起的洛仑兹剥离导致的束流损失控制在0.5%以内。
6.根据权利要求1所述一种高精密电磁组合测量方法，其特征在于：所述环节的主磁铁开孔和高真空度综合效益的测量为：100MeV紧凑型负氢回旋加速器通过采用变气隙尺寸改变磁场指示特性，在国际首次突破径向调变磁场强聚焦理论；通过高精度电磁感应法的磁场测量装置测量特大型电磁铁真空下的磁场分布，从而成功研制了国际质子束流功率最高52kW的紧凑型回旋加速器，所述变气隙是指改进磁极间的空气间隙，具体过程如下：
1）测量主磁铁盖板180度对称方向2个抽气孔大孔直径总长度为主磁铁变气隙尺寸的磁极直径长度四分之一；
2）测量四个大孔相互90度均匀分布、且每个大孔圆心到加速器中心点半径为270cm；
3）测量径向靶孔道沿180度对称开设、且它们中心点连线通过加速器中心点；
4）测量引出剥离靶孔道沿每组平行线两端对称开设、每组平行线分别偏离加速器中心点31.2厘米；
5）测量引出剥离靶孔道对称布设在每条径向靶孔道两侧，且每条径向靶孔道分别与两侧的引出剥离靶孔道的夹角为24度，每条径向靶孔道两侧的引出剥离靶孔道之间的夹角为48度；
6）通过高精度电磁感应法的磁场测量装置测量特大型电磁铁真空下的磁场分布，
以实现主磁铁开孔和高真空度综合效益的测量。
7.根据权利要求1所述一种高精密电磁组合测量方法，其特征在于：所述环节的高频系统改变电感中心位置提高圈能量增益的测量，具体过程如下：
1）改变等效电感中心位置提高圈能量增益的测量；具体为：利用频谱分析仪进行的高频频率的测量、基于X射线法测试高频射频场的电压分布、调整等效电感中心的位置、将等效电感中心的位置前移提高高能区圈能量增益的测量；
2）为克服圈能量增益而带来的热损耗的测量，具体为：减小腔体尾部和后部侧边的分布电容降低欧姆损耗、提高腔体热稳定性的测量;
3）实现消除束腔相互作用带来的附加相移的负反馈增益电路的设计和实时反馈信号的测量：具体为通过增强高频低电平相位环路的负反馈增益设计、高频低电平相位环路的负反馈增益等电路信号的信号处理系统的测量，来减小低能束流滑相对腔体造成的附加相移。
8.根据权利要求1所述一种高精密电磁组合测量方法，其特征在于：所述环节的引出区边缘场和束流引出轨道束流光学匹配度的测量，具体过程如下：
1）主磁铁引出区边缘场与引出轨道的束流光学匹配测量：通过霍尔效应装置的高精度电磁感应法的磁场测量装置测量引出区边缘场磁场分布，然后通过磁场分布计算引出束流轨迹而实现引出轨道束流光学的匹配；
2）剥离膜角度的束流光学匹配测量：改变剥离膜角度后通过电流测量方法进行引出束流强度的精确测量；
3）采用4D剥离靶引出技术，将剥离膜角度、引出区边缘场的磁场测量和束流线光学总体进行匹配测量；
4）精确地计算加速器的引出束流轨迹，从而保证了高平均束流流强的引出。
9.一种基于权利要求1-8任意一项所述的一种高精密电磁组合测量方法的紧凑型高平均流强负氢回旋加速器，包括用于产生主磁场的主磁铁，该主磁铁包括主磁铁组件；还包括用于给负氢束流加速的高频子系统、用于负氢粒子注入和引出的注入引出子系统、双层密封真空室；所述主磁铁组件径向从外到内分为三层：外层为柱形的主磁铁磁轭以及柱形主磁铁磁轭上端面和下端面的主磁铁上盖板和主磁铁下盖板，该主磁铁上盖板和主磁铁下盖板上布设有多个抽真空孔；内层为围绕加速器中心点布设的主磁铁磁极，所述主磁铁磁极共8个、上下两个平面各4个、且每个平面的多个主磁铁磁极周向间隔均匀布设；中间层为主磁铁励磁线圈、该主磁铁励磁线圈环绕在多个主磁铁和主磁铁励磁线圈之间的双层密封真空室外壁上；所述主磁铁组件还设有主磁铁引出区，该引出区上设有引出通道...
【专利技术属性】
技术研发人员：张天爵，吕银龙，安世忠，殷治国，纪彬，贾先禄，魏素敏，葛涛，姚红娟，邢建升，管锋平，宋国芳，潘高峰，樊明武，
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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