[发明专利]一种质子聚焦用毛细管最佳参数确定方法及系统

说明书

本发明涉及一种质子聚焦用毛细管最佳参数确定方法及系统。该方法包括：获取电离毛细管的工作参数，所述工作参数包括等离子体密度、等离子体电子温度、充气压强和放电电压；根据所述工作参数，建立电离毛细管的多参数非线性规划描述模型；获取电离毛细管的退化约束条件；根据所述多参数非线性规划描述模型、所述退化约束条件和现实应用条件，确定规划问题退化模型；根据所述规划问题退化模型，确定电离毛细管的孔径、长度和放电电流。本发明能够确定毛细管的最佳参数，提高毛细管作为传输介质的传输性能。

技术领域

本发明涉及电离毛细管的参数确定领域，特别是涉及一种质子聚焦用毛细管最佳参数确定方法及系统。

背景技术

带电粒子加速器是高能物理和核物理等研究领域，以及材料、生物和医疗等应用领域的重要工具。庞大的体积、昂贵的建造维护费用成为了目前加速器在许多应用领域发展的主要瓶颈，急切需要技术的革新。

激光加速器利用超强激光与等离子体相互作用，在厘米甚至微米尺度上就可以将电子或离子加速到相对论能量。截至目前，激光加速已经成功获得能量4.2GeV的准单能电子束和最高能量为93MeV的质子束以及0.5GeV的碳离子束。这种超小型加速器，特别是离子加速器，在癌症治疗、空间辐射环境模拟、聚变科学等领域都具有重要的应用价值。

等离子体透镜具有中和空间电荷、径向对称聚焦、高强电磁场承载能力强、聚焦力强等优点，在聚焦高能加速器离子领域具有极高的应用价值。但通常等离子体透镜寿命短，需要庞大的外载设备，难以克服等离子体不稳定性，这些缺点制约了其进一步发展，也不利于加速器的小型化。

电离毛细管作为一种新型的等离子体透镜，克服了传统等离子体透镜体积庞大、不稳定等缺点，已经成功用于激光加速电子束聚焦。但电离毛细管的孔径小，难以应用到传统束流。激光加速的束流束斑特别小，能够采用电离毛细管作为等离子体透镜。与真空传输不同，等离子体透镜以全电离等离子体作为传输介质，束流与介质的相互作用不可避免，而质子和电子与等离子体的相互作用过程有很大的差异，不能将适用于聚焦电子束的透镜直接用于聚焦质子束，根据质子参数重新设计透镜，只有在质子聚焦用毛细管最佳参数的条件下，才能最高质量的传输质子，而现有技术中并不存在质子聚焦用毛细管最佳参数的确定方法及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种质子聚焦用毛细管最佳参数确定方法及系统，能够确定毛细管的最佳参数，提高毛细管作为传输介质的传输性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种质子聚焦用毛细管最佳参数确定方法，包括：

获取电离毛细管的工作参数，所述工作参数包括充气气压、气体种类、室温、安放距离、质子中心能量、可接受的能量损失率和放电回路等效电感；

根据所述工作参数，建立电离毛细管的多参数非线性规划描述模型；

获取电离毛细管的退化约束条件；

根据所述多参数非线性规划描述模型、所述退化约束条件和现实应用条件，确定规划问题退化模型；

根据所述规划问题退化模型，确定电离毛细管的孔径、长度和放电电流。

可选地，所述根据所述工作参数，建立电离毛细管的多参数非线性规划描述模型，具体包括：

根据所述工作参数，建立电离毛细管的多参数非线性规划描述模型：