| 题名 | 循环质子直线加速器关键束流动力学问题研究 |
| 作者 | 陶玥 |
| 答辩日期 | 2019-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 何源 |
| 英文摘要 | 美国费米国家实验室的Project-X项目是世界领先的兆瓦级连续波高能质子加速器装置,是美国高能物理发展规划图的一部分。它采用先进的射频超导技术,其直线加速器的设计能量为8 GeV,致力于开展需要强流质子束流支持的精准的?介子和?介子、材料科学、中微子振荡、核能应用的相关实验研究以及发展射频超导技术。为了满足Project-X装置实验研究区域对束流的要求,该装置采用连续波直线加速器方案,虽然直线加速器的结构简单,但束团仅单次通过直线加速器中的腔体,使得直线加速器中腔体的利用率很低。为了提高直线加速器中腔体的利用率,美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的Ji Qiang研究员提出了连续波循环质子直线加速器的概念。目前,该循环质子直线加速器的第一部分两圈循环质子直线加速器已完成动力学结构设计。但由于该装置是一种新型的循环的直线加速器,存在一些物理问题有待解决,如两束团穿越过程的空间电荷效应对束流品质的影响、两圈循环质子直线加速器的鲁棒性分析以及误差对不同能量束团影响的校正和四圈循环质子直线加速器的等时性条件等。本论文基于直线加速器理论和两圈循环质子直线加速器的结构设计,利用IMPACT软件,对循环质子直线加速器的关键物理问题进行研究。为了研究非线性的空间电荷效应的排斥力对束流品质的影响,论文从理论上推导了两圈循环质子直线加速器中两束团相互作用过程的空间电荷效应理论,得出了理论分析值。同时,对受相互作用过程空间电荷效应影响的两束团在直线加速器中传输过程进行模拟。模拟计算值与理论分析值都显示两束团相互作用过程的空间电荷效应对束流品质的影响很小。由于两圈循环质子直线加速器是在假设没有误差的理想的条件下进行,因此有必要对非完美条件下两圈循环质子直线加速器的设计进行鲁棒性的验证,并对误差对不同能量束流的影响提出优化校正方案。论文主要考虑射频腔体和四极磁铁的静态和动态误差对束流丢失功率、均方根束团尺寸和均方根发射度的影响。误差分析结果表明平均丢失粒子率为2.13E-6,平均最大损失功率为5.88 W。并利用遗传算法寻找能同时满足不同能量的束团校正需求的校正量,实现循环质子直线加速器的优化校正。校正后中心位置偏移量、均方根束团尺寸、均方根发射度和束团最大尺寸呈明显的减小趋势且没有粒子丢失。对于多圈循环质子直线加速器,非周期结构的设计并不能使束流满足循环加速的等时性条件,提出了在相邻两腔体的间隔距离增加磁场梯度沿半径方向变化的移相器的方案,并完成满足四圈循环质子直线加速器等时性条件的不同能量范围的不同长度的移相器的概念设计,确定移相器的主要参数。通过对比不同最大磁场梯度下移相器的参数,得出磁场梯度越大移相器总长度越小的结论,为四圈以及其他多圈循环质子直线加速器的设计奠定了基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 135 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://119.78.100.186/handle/113462/134951]  |
| 专题 | 近代物理研究所_直线加速器中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陶玥. 循环质子直线加速器关键束流动力学问题研究[D]. 中国科学院大学. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所). 2019. |
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