Hybrid加速结构的理论及预制研究

批准号:
11475201
项目类别:
面上项目
资助金额:
100.0 万元
负责人:
裴士伦
依托单位:
学科分类:
A2801.加速器物理
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
闫芳、肖欧正、徐波、王辉、王湘鉴、刘明善、束冠
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中文摘要
电子直线加速器中的常规聚束系统一般由驻波预聚束器、行波聚束器(β<1)及标准加速节(β=1)组成。在尽可能保证束流性能的情况下,为降低常规聚束系统的建造成本,本项目对一种新型的Hybrid类型加速结构进行研究。将Hybrid加速结构应用到工业辐照行波电子直线加速器中,可在不增加建造成本的情况下使其效率提升10%-20%,从而提高资源的利用率并增加经济效益。通过将驻波和行波场集成到单根加速结构中,Hybrid加速结构的"聚束"和"加速"性能相对较好。Hybrid加速结构中同时存在驻波和行波两种场,因此在动力学设计、结构设计与调配、场分布测量等方面都需采用与以往不同的创新性方法,这些都是急需解决的关键技术。在已有相关工作积累的基础上,本项目将对Hybrid加速结构中的动力学机制进行深入研究,掌握Hybrid加速结构的研制方法,最终研制出一套满足实际工业应用要求的样机,对其高功率性能进行测试。
英文摘要
In the travelling wave electron linear accelerator, the standard bunching system is usually composed by a standing wave pre-buncher , a travelling wave buncher (β<1) and a standard accelerating section(β=1). To obtain similar beam performance as the standard bunching system and lower the construction cost at the same time, a new type of hybrid accelerating structure is proposed. The hybrid accelerating structure can be applied in the industrial travelling wave electron linear accelerators, then the acceleator efficiency can be enhanced by 10%-20%, while the construction cost is not increased. By integrating the standing wave and travelling wave fields into one single structure, the hybrid structure has relatively better bunching and accelerating capabilities. Due to the existing of both the standing wave and the travelling wave fields, innovative methods need to be developed in the beam dynamics design, the structure design and tuning, the field distribution mesurement and so on. Based on the previous theoretical studies on the hybrid buncher conducted by the group members, the beam dynamics mechanism in the hybrid accelerating structure will be deeply studied, and the structure R&D methods will be investigated. Finally, a hybrid structure prototype will be developed, and the high power test will be carried out. The developed hybrid structure by this project should be able to meet the industrial requirements.
电子直线加速器中的常规聚束系统一般由驻波预聚束器、行波聚束器(β<1)及标准加速节(β=1)组成。在尽可能保证并允许一定程度降低束流性能的情况下,为降低聚束系统的建造成本并使其尽可能做到结构紧凑,本项目提出并研究了将驻波预聚束器、行波聚束器及标准加速节等分立结构集成到一起形成Hybrid加速结构的新思路。在国内外已有相关工作积累的基础上,完成了以下主要研究内容:1)对Hybrid加速结构中的动力学机制进行深入研究,通过利用PARMELA程序进行大量的模拟计算,在电子枪发射束流为120keV的情况下给出了束流动力学对S波段Hybrid加速结构中场分布形式的要求,对Hybrid加速结构和常规聚束系统分别在100MeV/100kW电子直线加速器中应用后的具体束流动力学性能进行了综合比较,结果显示采用Hybrid加速结构同样可以满足整个加速器的设计指标要求;2)在合理利用经费的基础上,为了使Hybrid加速结构的研制过程更加顺利,先期设计并研制了国内第一台S波段Hybrid聚束器样机,RF冷测及调配结果与设计指标基本一致;3)基于非谐振微扰理论,研究了同时测量加速结构中驻波和行波电磁场分布的理论方法,建立了可移动的高精度场分布测量平台(包括平台机械设计及加工、测量软件开发及硬件集成等),并将其应用于本课题所研制的Hybrid聚束器及Hybrid加速结构的调配及场分布测量;4)基于PARMELA动力学计算给出的参数要求,设计并研制成功了国内第一台S波段Hybrid加速结构样机,RF冷测及调配结果满足设计需求。将本项目研制成功的Hybrid聚束器及Hybrid加速结构应用到工业辐照行波电子直线加速器中,可在基本不增加建造成本的情况下使工业辐照行波电子直线加速器的束流效率得到一定程度的提升,从而提高资源的利用率并增加经济效益。此外,Hybrid加速结构还为未来桌面型加速器在更高频段(例如L及X波段等)的进一步小型化提供了一种新的想法。
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Studies on the S-band bunching system with the Hybrid Bunching-accelerating Structure
混合聚束加速结构S波段聚束系统的研究
DOI:10.1016/j.nima.2018.01.011
发表时间:2018-04
期刊:Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A
影响因子:--
作者:Shi-Lun Pei;Bin Gao
通讯作者:Bin Gao
DOI:--
发表时间:2017
期刊:强激光与粒子束
影响因子:--
作者:赵世琦;裴士伦;高斌;肖欧正
通讯作者:肖欧正
DOI:10.1007/s41605-017-0030-2
发表时间:2018-06
期刊:Radiation Detection Technology and Methods
影响因子:0.6
作者:Bin Gao;S. Pei;G. Shu;Y. Chi
通讯作者:Bin Gao;S. Pei;G. Shu;Y. Chi
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