车载加速器中子源的梯形RFQ-IH DTL耦合加速结构研究
批准号:
12105214
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:
李海鹏
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:
李海鹏
中文摘要
车载加速器中子源具备在工作现场开展无损检测的能力,是国内外的前沿研究。发展结构紧凑、高分路阻抗的驱动加速器是车载加速器中子源系统的关键。为满足对加速器的尺寸、重量、功耗与成本的要求,本项目提出了梯形RFQ-IH DTL耦合加速结构,其融合了RFQ聚束效率高与DTL加速效率高的优点,整腔的分路阻抗比单独使用RFQ结构得到极大提高。梯形RFQ-IH DTL耦合加速结构应用于车载加速器中子源面临两个挑战:梯形RFQ与IH DTL之间的射频电磁场共振耦合、车载加速器中子源的耦合腔设计与优化。本项目拟从射频模拟与铝模型腔实验两个方面展开电磁场共振耦合、耦合腔调谐方案的研究与验证。在此基础上,开展面向车载加速器中子源的耦合腔设计与优化,为车载加速器中子源提供更具竞争力的驱动加速器方案。研究成果对于加速器中子源的建设具有重要的工程意义。
英文摘要
The transportable accelerator neutron source (TCANS) is widely developed around the world, which offers opportunities to carry out non-destructive diagnosing of outdoor objects on site. It is key to develop the compact accelerator structure with high acceleration efficiency for the TCANS system. In order to meet the requirements for the size, weight, power consumption and cost of the accelerator, a coupled acceleration structure with ladder RFQ and IH DTL has been proposed in the project. The coupled cavity combines the advantages of RFQ's high bunching efficiency and DTL's high acceleration gradient. The shunt impedance of coupled cavity is much higher than that of RFQ. The development of TCANS based ladder RFQ-IH DTL coupling acceleration structure faces two challenges: RF electromagnetic resonance coupling between ladder RFQ and IH DTL; design and optimization of coupling cavity of TCANS. The project intends to solve this key problem based on the RF simulation and cold test of aluminum prototype. Then, the design of coupling cavity for TCANS are carried out to provide a more competitive driving accelerator scheme for TCANS. The research results have great significance to the promotion of accelerator neutron sources.
车载加速器中子源具备在工作现场开展无损检测的能力,是国内外的前沿研究。结构紧凑、高分路阻抗的驱动加速器是车载加速器中子源系统的关键。为满足对加速器的尺寸、重量、功耗与成本的要求,本项目提出了梯形RFQ-IH DTL耦合加速结构,其融合了RFQ聚束效率高与DTL加速效率高的优点,整腔的分路阻抗比单独使用RFQ结构得到极大提高。梯形RFQ与IH DTL之间的射频电磁场共振耦合是该结构能否可行的关键,本项目提出了一个新型耦合方法,即将梯形RFQ最后一个半支撑杆实现两者的耦合,成功将耦合系数提高了一个量级,达到近4%,同时电场分布和模式间隔均满足要求。在此基础上,本项目开展了耦合结构的调谐研究,兼顾RFQ场平整度、DTL场平整度和电压比,以满足束流动力学的要求。基于此,本项目完成了梯形RFQ-APF IH DTL和梯形RFQ-KONUS DTL结构的物理设计,可在长度2m之内将束流能量加速至2.5MeV,功耗约100kW,与只使用RFQ结构相比,长度和功耗均明显降低。研究成果对于加速器中子源的建设具有重要的工程意义。
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