一种负氢离子加速系统技术方案

本发明专利技术公开了一种负氢离子加速系统。该负氢离子加速系统包括：离子源、第一激光器、第二激光器、分光单元、反射单元和加速结构单元；所述离子源用于产生负氢离子，并用于将所述负氢离子射入所述加速结构单元；所述第一激光器和所述第二激光器用于产生用于所述负氢离子加速的激光束；所述分光单元和所述反射单元沿所述激光束出射方向依次布置；所述分光单元对所述激光束进行分光后，所述激光束的一部分先进入所述加速结构单元，所述激光束的另一部分经所述反射单元反射后进入所述加速结构单元，进而实现负氢离子加速系统的轻量化、小型化设计的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种负氢离子加速系统


[0001]本专利技术涉及粒子加速器
，特别是涉及一种负氢离子加速系统。

技术介绍

[0002]负氢离子加速是指通过电场、电磁场等方式，将低能负氢离子的运动速度进一步提高，获得高能的负氢离子。负氢离子加速器在同步加速器注入器、中性束注入装置、科学研究中广泛应用。负氢离子加速器由于缺乏高梯度加速装置和小型化加速技术，现有装置存在体积重量庞大、造价高等缺点，限制了负氢离子加速器的应用。
[0003]目前负氢离子加速的途径主要有基于微波谐振腔型的负氢离子加速器、基于高压型的负氢离子加速器两种。基于微波谐振腔型的负氢离子加速器主要包括负氢离子源、低能传输线、射频四极加速器(RFQ)、漂移管型加速器(DTL)等，利用在高频谐振腔中形成加速场对负氢离子进行加速，这类加速器的加速梯度一般在MV/m，加速器长度在米至数十米范围内，加速重量在数十吨量级。基于高压型的负氢离子加速器主要包括高压电源、加速结构，利用在加速结构中形成的高压电场对负氢离子进行加速，这类加速器由于高压击穿的限制，加速梯度小于MV/m，由于高压结构需要安置在钢桶内，加速器重量达到十几吨。
[0004]因此，提供一种小型化、高梯度负氢离子加速装置成为了推动负氢离子加速器应用的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种小型化、高梯度的负氢离子加速系统。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种负氢离子加速系统，包括：离子源、第一激光器、第二激光器、分光单元、反射单元和加速结构单元；
[0008]所述离子源用于产生负氢离子，并用于将所述负氢离子射入所述加速结构单元；所述第一激光器和所述第二激光器用于产生用于所述负氢离子加速的激光束；所述分光单元和所述反射单元沿所述激光束出射方向依次布置；所述分光单元对所述激光束进行分光后，所述激光束的一部分先进入所述加速结构单元，所述激光束的另一部分经所述反射单元反射后进入所述加速结构单元。
[0009]优选地，所述加速结构单元包括第一加速结构和第二加速结构；
[0010]所述分光单元对所述分光速进行分光后，所述激光束的一部分进入所述第一加速结构，以形成第一加速场；所述激光束的另一部分经所述反射单元反射后进入所述第二加速结构，以形成第二加速场。
[0011]优选地，所述第一加速场和所述第二加速场均与所述负氢离子的相位匹配。
[0012]优选地，所述第一加速结构和第二加速结构均为DLAs加速结构。
[0013]优选地，所述DLAs加速结构的材质为二氧化硅或硅。
[0014]优选地，所述分光单元包括第一能量分光片和第二能量分光片；
[0015]所述第一能量分光片设置在所述第一激光器的激光束的出射方向上；所述第一能量分光片用于对所述第一激光器产生的激光束进行分光处理，使得所述第一激光器产生的激光束的一部分进入所述第一加速结构；
[0016]所述第二能量分光片设置在所述第二激光器的激光束的出射方向上；所述第二能量分光片用于对所述第二激光器产生的激光束进行分光处理，使得所述第二激光器产生的激光束的一部分进入所述第一加速结构。
[0017]优选地，所述反射单元包括第一反射镜和第二反射镜；
[0018]所述第一反射镜设置在所述第一激光器的激光束的出射方向上；所述第一反射镜用于将所述第一能量分光片分光后的激光束的另一部分反射到所述第二加速结构中；
[0019]所述第二反射镜设置在所述第二激光器的激光束的出射方向上；所述第二反射镜用于将所述第二能量分光片分光后的激光束的另一部分反射到所述第二加速结构中。
[0020]优选地，所述第一激光器的参数和光路设计和所述第二激光器的参数和光路设计相同。
[0021]优选地，所述第一激光器和所述第二激光器均为GW量级的激光器。
[0022]优选地，所述离子源提供的负氢离子束的重复频率与激光器产生激光束的重复频率相同。
[0023]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0024]本专利技术提供的负氢离子加速系统利用脉冲负氢离子源作为离子源，激光介质加速作为加速结构，完成小型化、高梯度的负氢离子加速设计方法的专利技术。
[0025]以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
[0026]一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
[0027]图1为本专利技术提供的负氢离子加速系统的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例提供的负氢离子在DLAs中的加速示意图。
具体实施方式
[0029]为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与
技术实现思路
，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
[0030]如图1所示，本专利技术提供的负氢离子加速系统，包括：离子源、第一激光器L1、第二激光器L2、分光单元、反射单元和加速结构单元。本专利技术中采用的离子源优选为脉冲离子源。
[0031]离子源用于产生负氢离子，并用于将负氢离子射入加速结构单元，使得负氢离子具有一定动能，为后续加速提供负氢离子。第一激光器L1和第二激光器L2用于产生用于负
氢离子加速的激光束。分光单元和反射单元沿激光束出射方向依次布置。分光单元对激光束进行分光后，激光束的一部分先进入加速结构单元，激光束的另一部分经反射单元反射后进入加速结构单元。
[0032]其中，为了保证加速场的分布均匀性，两台激光器的参数和光路设计相同。为了减少负氢离子损失，离子源提供的负氢离子束的重复频率与激光器发出的激光束的重复频率相同，以实现加速上的粒子匹配。采用的激光器优选为GW量级，该类激光器能量相对较小，激光器体积可以实现小型化设计，进而实现负氢离子加速器的轻量化、小型化设计目的。
[0033]由于负氢离子的初始动能较小，为实现较好的加速匹配，加速结构单元包括第一加速结构A1和第二加速结构A2。分光单元对分光速进行分光后，激光束的一部分进入第一加速结构A1，以形成第一加速场。激光束的另一部分经反射单元反射后进入第二加速结构A2，以形成第二加速场，进而通过在不同加速阶段采用不同加速结构，实现负氢离子的逐级加速。其中，两个加速场建立起的时间有一定时间差。并且，为了提高加速效率，可以满足第一加速场和第二加速场与负氢离子的相位匹配。实现相位匹配的另一种手段就是保证离子源提供的负氢离子到达第一加速结构A1的时间与激光到达第一加速结构A1的时间相同。
[0034]其中，第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负氢离子加速系统，其特征在于，包括：离子源、第一激光器、第二激光器、分光单元、反射单元和加速结构单元；所述离子源用于产生负氢离子，并用于将所述负氢离子射入所述加速结构单元；所述第一激光器和所述第二激光器用于产生用于所述负氢离子加速的激光束；所述分光单元和所述反射单元沿所述激光束出射方向依次布置；所述分光单元对所述激光束进行分光后，所述激光束的一部分先进入所述加速结构单元，所述激光束的另一部分经所述反射单元反射后进入所述加速结构单元。2.根据权利要求1所述的负氢离子加速系统，其特征在于，所述加速结构单元包括第一加速结构和第二加速结构；所述分光单元对所述分光速进行分光后，所述激光束的一部分进入所述第一加速结构，以形成第一加速场；所述激光束的另一部分经所述反射单元反射后进入所述第二加速结构，以形成第二加速场。3.根据权利要求2所述的负氢离子加速系统，其特征在于，所述第一加速场和所述第二加速场均与所述负氢离子的相位匹配。4.根据权利要求2所述的负氢离子加速系统，其特征在于，所述第一加速结构和第二加速结构均为DLAs加速结构。5.根据权利要求4所述的负氢离子加速系统，其特征在于，所述DLAs加速结构的材质为二氧化硅或硅。6.根据权利要求2所述的负氢离子加速系统，其特征在于，所述分光单元包括第一能量分光片和第二能...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱云亮，马喆，周洁，杨静琦，姜来，
申请(专利权)人：中国航天科工集团第二研究院，
类型：发明
国别省市：