一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法，包括：准备可能会引起加速器中心区电聚焦变化的物理量；计算加速器当前可能会引起电聚焦增强或减弱的一切物理量的电场数据和磁场数据，并输入给粒子跟踪软件；使用粒子跟踪的方法，针对当前物理量，得到粒子在相空间中的运动情况，根据x，p

【技术实现步骤摘要】
一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法


[0001]本专利技术属于回旋加速器
，尤其涉及一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法。

技术介绍

[0002]在一般的回旋加速器设计中采用对称的加速间隙结构如图2所示，h1和 h2相等。束流在经过加速间隙时，电场会对束流在高度方向上提供聚焦力如图1所示。根据聚焦力公式，可以通过调节加速间隙高度来调整聚焦的强弱，高度越低，聚焦越强。但是这种方法存在限制，因为束流在加速缝隙中的前半部分方向是向下的聚焦的、后半部分方向是向上的散焦的，方向向下的部分更加趋进于加速器中心平面，而方向向上的部分电场越强则散焦越强、距离加速器中心平面越远。
[0003]基于加速缝隙中的束流在前半部分聚焦、后半部分散焦的情况，曾经有人猜想，将前半部分束流入口处的缝隙低一些，后半部分束流出口处的缝隙高度高一些，用以提高前半部分的聚焦力、弱化后半部分的散焦力。
[0004]但仅仅是猜想则不能真正实施，因为这种猜想，第一没有经过验证，第二尺度不容易把握。低入口高出口是一个大的范围，究竟低入口低到什么程度、高出口高到什么程度，应该用轴向聚焦力值作为标准，并且，该轴向聚焦力值还会因为要兼顾束流自身的高度、加速器其它元器件对空间占用而不断进行调整：调整的原因是因为束流自身存在高度，所以加速间隙高度不能太低、要保证足够的空间供束流通过，同时受到加速器其他元件结构的限制，加速间隙的高度也不能太高。兼顾以上轴向聚焦力、束流自身高度、其他元器件影响三者需求的关键步骤是找到一种计算中心区电聚焦力的计算方法。r/>[0005]解决独立计算电聚焦力的另一层意义在于：从加速器小半径到大半径的地带，电聚焦由大变小，磁聚焦由小变大，这就不难想象在它们的中间地带有一个区间电场和磁场的总聚焦能力达到最小，就会发生粒子丢失的情况。因此要通过计算电聚焦力的方法找到这个总聚焦能力最低的区间，用增加该地方磁场聚焦力的方法来增强局部聚焦。因此同样需要单独计算电聚焦力。
[0006]但现有技术对于轴向聚焦力的判定结果，均包括了磁场的贡献和电场的贡献，是两种场混合作用的结果，而没有一种单独计算电聚焦力的方法，由于不能解决独立计算电聚焦力的算法问题，因此对中心区影响电聚焦力的因素判断不准确，使得低入口、高出口的不对称加速间隙结构仍然只是停留在猜想上而得不到实施，致使中心区高度方向聚焦力不足的问题始终不能解决，同样，对于加速器半径方向电场和磁场均为零的地方也无能为力，致使一部分粒子在这个地带有可能损失掉。

技术实现思路

[0007]本专利技术为解决现有技术存在的问题，提出一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法，目的在于解决现有技术没有一种单独计算电聚焦力的方法，而使得加速器中心区的轴
向聚焦力不能得到提高、以及加速器沿着半径电场和磁场为零的地带，粒子会发生丢失的问题。
[0008]本专利技术为解决其技术问题，采用以下技术方案：
[0009]一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法，其特点是：包括以下步骤：
[0010]步骤一：准备可能会引起加速器中心区电聚焦变化的物理量；
[0011]所述物理量是一种猜想的、非确定的、来自加速器中心区相关部件的可能会引起电聚焦增强或减弱的一切物理量；
[0012]步骤二、计算加速器当前可能会引起电聚焦增强或减弱的一切物理量的电场数据和磁场数据，并输入给粒子跟踪软件；
[0013]步骤三、使用粒子跟踪的方法，针对当前物理量，得到粒子在相空间中的运动情况，该运动情况包括四个参数：x，p
x
，z，p
z
，其中，x为粒子半径和静态平衡轨道半径之差；p
x
为粒子动量的径向分量和静态平衡轨道的动量的径向分量之差；z为粒子高度和静态平衡轨道高度之差；p
z
为粒子动量的轴向分量和静态平衡轨道的动量的轴向分量之差；
[0014]步骤四、根据x，p
x
，z，p
z
，计算出粒子径向和轴向的振荡频率ν
r
和ν
z
；
[0015]该ν
r
和ν
z
表示粒子在加速器内旋转1圈时，径向和轴向振荡的周期数，常用振荡频率描述回旋加速器的聚焦能力，聚焦能力越强，振荡频率越大；
[0016]步骤五、单独计算磁场贡献的聚焦，即ν
rM
和ν
zM
；
[0017]步骤六、根据步骤四的ν
r
和ν
z
、以及步骤五的ν
rM
和ν
zM
，计算出电聚焦：
[0018][0019]所述ν
rE
为中心区径向电聚焦，所述ν
zE
为中心区轴向电聚焦；
[0020]步骤七、根据计算出的电聚焦值ν
rE
、ν
zE
，验证步骤一所述的一切可能会引起中心区电聚焦变化的物理量的猜想。
[0021]所述步骤一的可能会引起中心区电聚焦变化的物理量，包括位于加速器中心区平面上下两侧的由上法兰和下法兰组成的束流入口的高度或宽度、以及位于加速器中心区平面上下两侧的由上高频腔和下高频腔组成的束流出口的高度或宽度；还包括位于加速器中心区平面上下两侧的由上高频腔和下高频腔组成的束流入口的高度或宽度、以及位于加速器中心区平面上下两侧由上法兰和下法兰组成的束流出口的高度或宽度，这些高度或宽度的变化均会引起轴向电聚焦的变化。
[0022]所述步骤四的轴向振荡频率ν
z
的计算如下：
[0023][0024]其中，为粒子在这段时间内在相空间所转的角度；Δθ为为粒子在这段时间在加速器中旋转的角度；将二个相除，就得到粒子的轴向振荡频率ν
z
；
[0025]设在回旋加速器某一方位角θ1处，粒子在轴向相空间的坐标为(z1，p
z1
)；当粒子旋转至θ2处，粒子在轴向相空间的坐标为(z2，p
z2
)，那么该粒子在轴向相空间旋转的角度为：
[0026][0027]所述步骤五的径向振荡频率ν
r
的计算如下：
[0028]在磁场沿方位角调变的AVF回旋加速器中，磁场贡献的部分可用公式计算：
[0029][0030]n是磁降落指数：
[0031][0032]F是磁场的调变度：
[0033][0034]B是磁场，是该半径下的平均场；r是半径。
[0035]所述步骤六电聚焦力ν
zE
推导如下：
[0036]1)粒子轴向运动为简谐运动：
[0037]2)对上述公式求解：k＝ω2＝(υ
Z
ω0)2；
ꢀꢀ
(2)
[0038]υ
Z
用于描述电聚焦和磁聚焦同时作用时的粒子的轴向自由振荡频率，其中，ω＝υ
Z
ω0是根据回旋加速器自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：准备可能会引起加速器中心区电聚焦变化的物理量；所述物理量是一种猜想的、非确定的、来自加速器中心区相关部件的可能会引起电聚焦增强或减弱的一切物理量；步骤二、计算加速器当前可能会引起电聚焦增强或减弱的一切物理量的电场数据和磁场数据，并输入给粒子跟踪软件；步骤三、使用粒子跟踪的方法，针对当前物理量，得到粒子在相空间中的运动情况，该运动情况包括四个参数：x，p
x
，z，p
z
，其中，x为粒子半径和静态平衡轨道半径之差；p
x
为粒子动量的径向分量和静态平衡轨道的动量的径向分量之差；z为粒子高度和静态平衡轨道高度之差；p
z
为粒子动量的轴向分量和静态平衡轨道的动量的轴向分量之差；步骤四、根据x，p
x
，z，p
z
，计算出粒子径向和轴向的振荡频率ν
r
和ν
z
；该ν
r
和ν
z
表示粒子在加速器内旋转1圈时，径向和轴向振荡的周期数，常用振荡频率描述回旋加速器的聚焦能力，聚焦能力越强，振荡频率越大；步骤五、单独计算磁场贡献的聚焦，即ν
rM
和ν
zM
；步骤六、根据步骤四的ν
r
和ν
z
、以及步骤五的ν
rM
和ν
zM
，计算出电聚焦：所述ν
rE
为中心区径向电聚焦，所述ν
zE
为中心区轴向电聚焦；步骤七、根据计算出的电聚焦值ν
rE
、ν
zE
，验证步骤一所述的一切可能会引起中心区电聚焦变化的物理量的猜想。2.根据权利要求1所述一种回旋加速器中心区电聚焦的计算方法，其特征在于：所述步骤一的可能会引起中心区电聚焦变化的物理量，包括位于加速器中心区平面上下两侧的由上法兰和下法兰组成的束流入口的高度或宽度、以及位于加速器中心区平面上下两侧的由上高频腔和下高频腔组成的束流出口的高度或宽度；还包括位于加速器中心区平面上下两侧的由上高频腔和下高频腔组成的束流...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀鲁豫，管锋平，边天剑，安世忠，郑侠，纪彬，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：