课题基金 / 基金详情

强空间电荷效应下的三阶共振慢引出研究

批准号:
12075131
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
郑曙昕
依托单位:
学科分类:
加速器物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑曙昕

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
西安质子应用装置(简称XiPAF)是一台空间质子辐射效应研究和元器件考核评估的专用平台。该装置主体是一台质子同步加速器,通过三阶共振引出质子束流,模拟宇宙射线中的质子束对元器件的辐照效应。要求引出束流能量覆盖从10MeV到200MeV的范围。.对于能量低于60MeV的慢引出,从物理设计到技术实现上都有相当多的困难,目前尚未见文献报导。传统的三阶共振慢引出设计方法都没有考虑空间电荷效应的影响,然而在同样的存储粒子数下,能量降低引起空间电荷效应剧烈增强,严重影响了引出效率和均匀性。.本申请拟开展空间电荷效应对三阶共振慢引出动力学影响的理论和实验研究,深入研究强空间效应对慢引出关键参数和物理过程的影响,并依托XiPAF质子同步加速器平台,对上述理论研究结果进行实验验证。.本课题的研究有助于更好地理解强空间电荷效应下慢引出的物理过程,对于扩展质子同步加速器慢引出的能量和粒子数范围有重要的指导意义。
英文摘要
Xi 'an Proton Application Facility (XiPAF) is dedicated for research on proton irradiation effects of microelectronic devices. The main constitution is a proton synchrotron, which extracts proton beam by third-order resonance method to simulate the irradiation effect of the proton beam. The extracted beam energy covers a range of 10MeV to 200MeV..For the slow extraction with energy lower than 60MeV, there are many difficulties from physical design to technical implementation, which have not been reported before. The traditional slow extraction method of third-order resonance does not include the influence of space charge effect. However, under the same total number of stored particles in a synchrotron, the space charge effect is greatly enhanced due to the decrease of energy, which seriously affects the extraction efficiency and uniformity..This application is intended to carry out theoretical and experimental research on the space charge effect of the third-order resonance slow extraction dynamics, including the influence of strong space effect on the key parameters and physical processes of slow extraction, and carry out experimental verification on the theoretical research results based on XiPAF..The research of this subject is helpful to better understand the physical process of slow extraction under the effect of strong space charge, and it is important for extending the range of energy and particle number of slow extraction of proton synchrotrons.
本课题围绕强空间电荷效应下的慢引出过程展开了深入的理论和实验研究,以XiPAF质子同步加速器为实验对象,深入分析空间电荷效应对慢引出的影响,并提出优化方案。研究成果显著提高了XiPAF装置在低能区的性能参数。..在理论研究方面,首先建立了发射度和质心振荡幅度的增长速率模型,推导了线性空间电荷力下RF-KO激励的频域响应函数。本模型有助于深入理解空间电荷效应对束流激励影响的物理图像和一般规律。在此基础上,我们提出了采用高次RF-KO激励谐波有助于抑制质心振荡幅度的增长。其次研究了空间电荷效应对慢引出过程的影响,指出非相干频移和频散会限制引出粒子数,提出了共振线以下RF-KO激励、缓慢移动工作点、缓慢增加六极铁强度等慢引出方案。研究发现共振线以下RF-KO激励引出方案性能最优。..完成了包含空间电荷力的同步加速器动力学模拟软件Syntrack的编写。通过该软件,对理论分析进行了验证,并可以帮助进行实验参数的具体设计。..通过在XiPAF装置上的实验研究,对理论模型进行了验证。在发射度激励实验中,通过观察束流质心振荡的退相干过程来探究空间电荷效应强度和工作点弥散程度对发射度增长的影响,测量结果与理论模型定性符合。..在基于RF-KO的低能慢引出的实验研究里,共振线以上引出采用六极铁驱动结合RF-KO方案,设计了特定的六极铁电流曲线,引出初始工作点可离三阶共振线更远,引出工作点为1.685时,引出前粒子数限制及最大引出粒子数结果符合预期。共振线以下引出方案的实验结果优于共振线以上方案,在粒子数5×10¹⁰ ppp条件下,总引出效率可达65%以上且时间均匀性较佳。此外在10MeV质子能量下,对三阶共振线之下不同慢引出方案进行比较,确定RF-KO方案最优,变工作点驱动共振方案次之,常光学函数方案最差。..本研究为解决强空间电荷效应下的慢引出问题提供了理论依据和实验参考,在加速器技术领域具有重要的意义,有助于提升强空间电荷效应下慢引出过程的性能与效率。研究成果已经在XiPAF装置的低能慢引出辐照中得到应用。
11MeV氘离子直线加速器小型化关键技术研究
  • 批准号:
    U1730120
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    郑曙昕
  • 依托单位:
国内基金
海外基金