[发明专利]一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法

说明书

本发明公开了一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，包括以下步骤：选择高频频率为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍的步骤；设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置的步骤；设置长漂移节中第一个高频腔的初始相位的步骤；设置长漂移节中第n个高频腔的初始相位的步骤。本发明提供每个高频腔空间位置的布置方法，粒子在经过每个高频腔时均在0度相位、即峰值电压加速，将使高能圆型加速器的圈能量增益达到最大值，降低加速器内非理想因素对束流的破坏，增加引出效率，提高加速器的整体可靠性，为实现更高束流流强打下基础。

技术领域

本发明属于加速器技术领域，尤其涉及一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法。

背景技术

圆型加速器由各种类型的磁铁和高频腔组成，粒子在加速器磁场作用下作环形运动，并通过高频电场不断加速。高能、强流是圆型加速器发展的一个主要趋势，在多个重要的核技术应用领域、在乏燃料后处理、先进核能系统的材料辐射损伤、军民两用同位素研发等国民经济领域；以及在中子和介子科学、中微子和暗物质等基础研究领域，均有巨大的应用潜力。圈能量增益是圆型加速器实现高能、强流的一项关键参数，其主要体现在：

⑴、高的圈能量增益意味着，粒子在加器中的加速速度快、加速圈数少，因而，工程上引入的非理想电磁场，空间电荷等束流集体效应，以及高阶共振穿越(低阶共振穿越一般是要避免的)等大量因素对束流品质的影响将会减小，从而减小加速器内的束流损失，降低设备的整体活化水平，提高整体可靠性。

⑵、束流引出过程中，束流需要从内圈轨道加速到外圈轨道后，经引出元件偏出，因而需要把最外圈轨道与上一圈轨道分离，其分离距离取决于最后一圈的能量增益，从而决定加速器的引出效率，这对一台高能、强流加速器至关重要。

粒子在圆型加速器中旋转，每次穿过高频腔将获得相应地能量增益：

VE＝V cos(φ₀+ω_rft)；⑴

其中，V为高频腔的峰值电压，φ₀为t＝0时刻高频腔的初始相位，ω_rf为高频回旋频率，t为粒子经过高频腔中心的时刻，因而φ₀+ω_rft是粒子经过高频腔中心时的高频相位。高能圆型加速器每段漂移节往往由多个高频腔组成，同一个漂移节内设置单个高频腔和多个高频腔的区别在于：当采用多个高频腔时，如果将同一个漂移节内的多个高频腔相互平行摆放，就会出现注入能量粒子和引出能量粒子在经过多个高频腔体的中心点时，相位差不等，相位差不等就不能实现等时性，就会降低粒子的圈能量增益。因此，为了达到最高的圈能量增益，高频腔的布置将变得非常重要。同一个漂移节内设置多个高频腔还会出现另一个问题：当t＝0时刻，由于两个高频腔的物理位置沿着加速器周向具有一定距离，致使它们的初始相位不同，即使采用高频频率为高频腔单元周期整数倍的技术方案，也只能保证其中一个高频腔在到达下一个漂移节相同位置的高频腔体中心点时其高频电压为0度相位，而不能保证下一个漂移节内所有和上一个漂移节相同位置高频腔中心点高频电压相位同样都达到0度相位，因为当一个漂移节设置多个高频腔时，它们初始位置位置的差异造成初始相位差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，目的在于解决现有技术当一个漂移节设置多个高频腔时，注入能量粒子和引出能量粒子在经过多个高频腔体的中心点时相位差不等、以及同一个漂移节内不同位置高频腔体或不同漂移节相同位置腔体在粒子达到各自中心点时不能均保持0度相位问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：

一种提高高能圆型加速器圈能量增益的方法，其特点是：包括以下步骤：

步骤一、选择高频频率为粒子回旋频率×单元周期数的整数倍；

步骤二、设置同一漂移节相邻位置的高频腔的摆放位置；