低能散度梯形射频四极场加速器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低能散度梯形射频四极场加速器，属于核技术及应用领域。该加速器包括加速电极、电极支撑板、上底板和下底板，各电极支撑板平行等间距的固定在上底板和下底板之间，加速电极依次从各电极支撑板的中心穿过。本实用新型专利技术采用加速电极的通体对称支撑方式，选择RFQ腔体电磁场工作模式为H21(n)，提高了谐振频率。在相同的横向尺寸和腔芯结构下，梯形IH-RFQ的谐振频率分别是传统四杆型和IH型RFQ的1.3倍和2倍左右，使其特别适于100MHz以上离子的高效加速。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及低能散度梯形射频四极场(IH-RFQ)加速器，属于核技术及应用领域。
技术介绍
RFQ(Radio Frequency Quadrupole Accelerator)加速器是70年代由前苏联科学家Kapchinskij和T印Iyakov专利技术的一种新型强流低能直线加速器，广泛应用于离子注入器、中子发生器、散裂中子源等基于加速器的科学装置中。目前已经运行的RFQ加速器有四杆型和四翼型两种。四翼型结构适合加速轻离子，如质子，通常运行在300MHz以上的频率。 四杆型RFQ适合加速重离子，有两种结构即传统四杆型结构和传统IH型结构，如图2、图3 所示，在传统四杆型RFQ中四根加速电极的电极支撑板均位于腔体下半部，而传统IH型RFQ 中电极支撑板在腔体上下部分交替排列，位于腔体上部的支撑板支撑着其中的一对加速电极，下部的电极支撑板支撑着另外一对加速电极。通常传统四杆型RFQ适于运行在IOOMHz 以下的工作频率，而传统IH型RFQ适于工作在几十MHz的频率。对于射频直线加速器而言， 大功率的高频发射机是最昂贵的必需设备，一台发射机的价格往往高达几百万乃至几千万元，这也是目前四翼型RFQ在国内乃至世界受到极大限制的主要原因。但是，100 200MHz 的高频机不仅尺寸小，维护和使用方便，而且价格相对比较便宜，因此发展100 200MHz的 RFQ具有十分重要的意义。目前已有的传统四杆型RFQ和IH型RFQ适于工作在IOOMHz以下的频率段，另外由于其加速电极支撑方式的不对称性，致使极间四极场不对称，进而导致相对两加速电极上的电压不相等，传统四杆型和IH型RFQ经过优化其二极场分量难以小于总场的2%和 0. 5%，这一缺点影响了束流传输的品质。为了减弱这种效应，需要比较复杂的调节过程，这大大增加了 RFQ加速器的设计难度。所以需要一种新型RFQ结构，使其适于工作在100 200MHz，且具有完美的极间四极场。另外传统RFQ的出口束流能散较大(一般为2 3%左右)，影响了其在加速器质谱(AMQ和离子注入器上的应用，所以要对传统束流动力学进行改进，降低RFQ出口束流能散度。
技术实现思路
本技术的目的在于克服了传统四杆型和传统IH型RFQ的上述缺陷，提出了一种低能散度梯形射频四极场加速器。本技术提高了加速重离子的RFQ加速器的工作频率。本技术采取了如下技术方案本技术中的加速器包括加速电极、电极支撑板、上底板和下底板。其中各电极支撑板平行等间距的固定在上底板和下底板之间，加速电极依次从各电极支撑板的中心穿过。本加速器还包括成对安装的调谐垫块，调谐垫块布置在相邻电极支撑板之间、相对于加速电极对称布置。本加速器还包括布置在底板和电极支撑板内部的冷却水路。与现有的RFQ加速器相比，本技术具有如下优点1)采用加速电极的通体支撑方式，选择RFQ腔体电磁场工作模式为Η2 ω，提高了谐振频率。在相同的横向尺寸和腔芯结构下，梯形IH-RFQ的谐振频率分别是传统四杆型和 IH型RFQ的1. 3倍和2倍，使其特别适于IOOMHz以上离子的高效加速。2)采用完全对称的加速电极通体支撑方式，消除了 RFQ极间四极场中的二极场分量，保证了 RFQ四极场的完美对称性，从而保证被加速束流的品质。附图说明图1本技术中的梯形IH-RFQ加速结构；图2传统四杆型RFQ加速结构示意图；图3传统IH型RFQ加速结构示意图；图4本技术中的梯形IH-RFQ加速器的结构示意图。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。本技术中的梯形IH-RFQ加速器包括上底板1、下底板2、加速电极4和十块电极支撑板3。电极支撑板3的个数根据谐振频率、机械强度和功耗优化结果来确定。本实施例中的加速电极4采用了通体的支撑方式，如图1所示，各电极支撑板3的上下两端分别固定连接到加速器腔筒的上底板1和下底板2上，并且各电极支撑板3平行等间距布置，加速电极4依次从各电极支撑板3的中心穿过。本实施例中，在电极支撑板3、上底板1和下底板2的内部，沿着电极支撑板3和上下底板的走向，加工有循环的冷却水路。本实施例中的加速器，还包括成对安装的调谐垫块5，如图4所示，垫块5的设置， 相当于改变了电极支撑板3的高度，一方面可以调节腔的谐振频率，另一方面可以调节加速电极4之间电场的不平整度。原则上讲，可以在任意两电极支撑板3之间插入垫块5，具体插入位置和高度根据对加速电极4之间电场平整度的要求以及谐振频率确定。两电极支撑板3之间要上下对称地插入同样高度的垫块5。另外，在束流动力学上，梯形I H-RFQ加速器采用非绝热内聚束方法，将RFQ的出口能散从传统的2 3%降低到了 0. 6%。不同于先前的外聚束注入法和四段论设计，该方法将束流的初步聚束引入到RFQ内部来实现，在保证总的束流传输效率的同时，大大降低了出口能散。该动力学设计方法成为以加速器质谱(AMS)和离子注入为目的的RFQ动力学设计的理想选择。本实施例中的梯形IH-RFQ结构具有更好的机械强度，热形变比常规RFQ小得多， 便于水冷，更适合强流、高占空比条件下离子的加速。另外该结构电极支撑板上半部与下半部形成电流即电感的并联回路，故电感值显著减小，且工作在H21fc)的电磁场模式。所以在相同的横向尺寸和腔芯结构下，梯形IH-RFQ的谐振频率分别是传统四杆型和IH型RFQ的4 1. 3倍和2倍左右，使其特别适于IOOMHz以上离子的高效加速。同时由于加速电极的对称支撑，梯形IH-RFQ的极间四极场没有二极场组分，而传统四杆型和IH型RFQ的二极场分别为总场的2%和0. 5%，所以本实施例中的梯形IH-RFQ更能保证加速束流的品质。 以上对本技术所提供的低能散度新型梯形射频四极场加速器进行详细介绍， 本文中应用了具体实施例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低能散度梯形射频四极场加速器，其特征在于：包括加速电极、电极支撑板、上底板和下底板，其中：各电极支撑板平行等间距固定在上底板和下底板之间，加速电极依次从各电极支撑板中心穿过。

【技术特征摘要】
1.一种低能散度梯形射频四极场加速器，其特征在于包括加速电极、电极支撑板、上底板和下底板，其中各电极支撑板平行等间距固定在上底板和下底板之间，加速电极依次从各电极支撑板中心穿过。2.根据权利要求1所述的一种低能散度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆元荣，聂元存，陈佳洱，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：实用新型
国别省市：11