强流射频四极加速器耦合单元的物理的设计研究.pdfVIP

　第 15 卷 　第 2 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 2 　 　2003 年 2 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Feb. ,2003 　 文章编号 (2003) 强流射频四极加速器耦合单元的物理设计研究 欧阳华甫, 　徐韬光 , 　关遐令 , 　罗紫华 , 　许文武 ( 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100039) 　　摘 　要 : 　用二维程序 SU PERFISH 和三维程序 MAFIA 对射频四极加速器进行了计算机模拟。通 过模拟 ,确定了射频四极加速器中工作模的射频电场的分布 , 完成了射频四极加速器的耦合单元、调谐 块和起始单元的设计。设计耦合单元必须使射频四极加速对干扰不敏感。对设计的方案进行了讨论和 分析。 　　关键词 : 　MAFIA ; 射频四极加速器 ; 分段耦合 ; 谐振频率 ; 调谐块 ; 耦合单元 　　中图分类号 : TL53 　　　　文献标识码 :A ( ) 　　强流加速器驱动次临界反应堆的洁净核能系统 ADS 因能有效地利用自然界中的铀和钍、嬗变长寿命放 ( ) 射性核废料、提高核安全而受到广泛重视。射频四极加速器 RFQ 是最适合加速低能束流的加速结构之一 , ( ) 它仅依靠射频 RF 电场就具有集加速、聚束、聚焦为一体的优点。因而, 四翼型 RFQ 已成为强流加速器初始 ( ) 阶段 从离子源开始到能量为几 MeV 大家普遍选择的加速结构。 　　用于我们 ADS 工程的四翼型 RFQ ,工作频率为 352. 2MHz , 它把从离子源输出的脉冲流强为 50mA 的束 ( ) 流从 80keV 加速至 5MeV , 平均流强为 3mA 。RFQ 的长度约为 7. 13m , 比 RF 波长 约为 85. 18cm 的八倍还 长。对于这么长的加速结构 ,传统的非分段的 RFQ 显然是不可行的。这是因为加速模式和相邻模式的模式间 隔与 RFQ 长度的平方成反比关系[1 ] 。加速模式和相邻模式的模式间隔的大小直接决定了RFQ 的抗微扰的能 力。为克服加速结构长的缺陷 ,美国 Los Alamos 试验室的加速器专家首次提出了 RFQ 的分段耦合概念 ,并应 用到实际 RFQ 的设计和建造中[2 ,3 ] 。我们是将7. 13m 长的 RFQ 分为三段 ,每段由两节组成 ,两节通过法兰联 ( ) 接在一起。段与段之间的耦合是通过隔开相邻段的金属耦合板 washer 来实现的。金属耦合板使 RFQ 一段 的磁场不能进入相邻段。位于耦合板中央的开孔使相邻段的电极头几乎相接触。正是相邻段电极头之间的这 一间隙起着电容的作用 ,为相邻段提供 RF