GeV量级等时性固定场交变梯度(FFAG)加速器共振问题研究
批准号:
12105370
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
边天剑
依托单位:
学科分类:
加速器物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
边天剑
中文摘要
高能强流质子束在核物理与粒子物理前沿、大众健康、先进能源、国防安全等领域有重要应用。等时性固定场交变梯度(FFAG)加速器作为一种具有竞争力的技术路线,有望同时实现高能(GeV量级)、强流(mA量级)的目标。.制约GeV量级FFAG加速器实现等时性的瓶颈问题是:在等时性条件下,加速过程中工作点将会跨越整数共振线,限制了束流能量的提升。本项目首次系统性地分析GeV量级FFAG加速器的共振问题,包括:1.在等时性条件限制下,GeV量级等时性FFAG加速器规避或抑制整数共振的问题。2.GeV量级等时性FFAG加速器圈间距小,利用整数共振线进动引出问题。3.GeV量级等时性FFAG加速器的工作路径跨度大,大量穿越危险共振线的问题。4. GeV量级等时性FFAG加速器的磁场非线性强,高阶非线性共振需要精确、保辛地分析。.通过对共振问题的研究,突破GeV量级等时性FFAG加速器的瓶颈,彻底解决能量受限难题。
英文摘要
High energy and high intensity proton beam have important applications in the cutting edge research of nuclear physics and particle physics, public health, advanced energy solutions, national defense and other fields. As a competitive solution, isochronous fixed field alternating gradient (FFAG) accelerators have the potential to achieve the objectives of high energy(GeV) and high intensity(mA).. However, the resonance crossing problems hinder the development of multi-GeV isochronous FFAG accelerators. This application will make systematic analysis on resonance problems of multi-GeV isochronous FFAG accelerators. Firstly, the integer resonance avoiding or suppressing problem. Secondly, the problem of exploitation of integer resonance for beam extraction. Thirdly, lots of resonance lines are crossed due to large tune excursion. The risk of those resonances need careful investigation and analysis. Fourthly, high order nonlinear resonances should be analysed accurately and symplecticly due to strong nonlinear magnetic field. . Via the research of the resonance problems, this application will break through the bottleneck and expand the energy range of multi-GeV isochronous FFAG accelerators.
等时性交变梯度固定场(FFAG)加速器具有高平均流强、高能量效率等优势,在核物理、大众健康、先进能源、国防安全等领域均有广阔的应用前景。等时性FFAG加速器目前存在两大瓶颈问题:一是束流能量小于1GeV,二是束流强度小于3mA。这两项瓶颈问题限制了等时性FFA加速器在高功率方面应用,同时也是加速器物理的前沿问题。本项目首次系统性地分析GeV量级FFAG加速器的共振问题,并进行了1GeV/10mA FFAG加速器的可行性分析与设计研究。.1)本项目首次提出了整数共振抑制器(IRS)的概念,从解析与数值模拟角度证实了通过若干组线圈产生特定幅值与相位的谐波磁场,可以使束流稳定穿越整数共振线和临近多条非线性共振线。.2)基于IRS方案对径向振荡的调控能力,首次利用v_r=3共振线进行了引出圈间距优化,达到3cm以上。IRS有望成为突破回旋加速器流强限制瓶颈问题的有力手段。.3)进行了1GeV/10mA FFAG加速器的可行性分析与设计研究。通过理论分析与模拟计算,基于IRS方案的1GeV/10mA回旋加速器没有不可克服的颠覆性问题。.本项目从IRS概念提出、数值验证、设计应用多角度开展工作,推动GeV/10mA量级FFAG加速器的物理与技术发展,有望实现等时性加速器能量上限、流强上限的突破。
GeV量级等时性固定场交变梯度(FFAG)加速器共振问题研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:边天剑
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依托单位:
国内基金
海外基金