[實(shí)用新型]低能散度梯形射頻四極場(chǎng)加速器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020655122.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN201957327U
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸元榮;聶元存;陳佳洱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H9/00
• 分類號(hào): H05H9/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及低能散度梯形射頻四極場(chǎng)(IH-RFQ)加速器，屬于核技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

RFQ(Radio?Frequency?Quadrupole?Accelerator)加速器是70年代由前蘇聯(lián)科學(xué)家Kapchinskij和Teplyakov發(fā)明的一種新型強(qiáng)流低能直線加速器，廣泛應(yīng)用于離子注入器、中子發(fā)生器、散裂中子源等基于加速器的科學(xué)裝置中。目前已經(jīng)運(yùn)行的RFQ加速器有四桿型和四翼型兩種。四翼型結(jié)構(gòu)適合加速輕離子，如質(zhì)子，通常運(yùn)行在300MHz以上的頻率。四桿型RFQ適合加速重離子，有兩種結(jié)構(gòu)即傳統(tǒng)四桿型結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)IH型結(jié)構(gòu)，如圖2、圖3所示，在傳統(tǒng)四桿型RFQ中四根加速電極的電極支撐板均位于腔體下半部，而傳統(tǒng)IH型RFQ中電極支撐板在腔體上下部分交替排列，位于腔體上部的支撐板支撐著其中的一對(duì)加速電極，下部的電極支撐板支撐著另外一對(duì)加速電極。通常傳統(tǒng)四桿型RFQ適于運(yùn)行在100MHz以下的工作頻率，而傳統(tǒng)IH型RFQ適于工作在幾十MHz的頻率。對(duì)于射頻直線加速器而言，大功率的高頻發(fā)射機(jī)是最昂貴的必需設(shè)備，一臺(tái)發(fā)射機(jī)的價(jià)格往往高達(dá)幾百萬乃至幾千萬元，這也是目前四翼型RFQ在國內(nèi)乃至世界受到極大限制的主要原因。但是，100～200MHz的高頻機(jī)不僅尺寸小，維護(hù)和使用方便，而且價(jià)格相對(duì)比較便宜，因此發(fā)展100～200MHz的RFQ具有十分重要的意義。

目前已有的傳統(tǒng)四桿型RFQ和IH型RFQ適于工作在100MHz以下的頻率段，另外由于其加速電極支撐方式的不對(duì)稱性，致使極間四極場(chǎng)不對(duì)稱，進(jìn)而導(dǎo)致相對(duì)兩加速電極上的電壓不相等，傳統(tǒng)四桿型和IH型RFQ經(jīng)過優(yōu)化其二極場(chǎng)分量難以小于總場(chǎng)的2％和0.5％，這一缺點(diǎn)影響了束流傳輸?shù)钠焚|(zhì)。為了減弱這種效應(yīng)，需要比較復(fù)雜的調(diào)節(jié)過程，這大大增加了RFQ加速器的設(shè)計(jì)難度。所以需要一種新型RFQ結(jié)構(gòu)，使其適于工作在100～200MHz，且具有完美的極間四極場(chǎng)。

另外傳統(tǒng)RFQ的出口束流能散較大(一般為2～3％左右)，影響了其在加速器質(zhì)譜(AMS)和離子注入器上的應(yīng)用，所以要對(duì)傳統(tǒng)束流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，降低RFQ出口束流能散度。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服了傳統(tǒng)四桿型和傳統(tǒng)IH型RFQ的上述缺陷，提出了一種低能散度梯形射頻四極場(chǎng)加速器。本實(shí)用新型提高了加速重離子的RFQ加速器的工作頻率。

本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案：本實(shí)用新型中的加速器包括加速電極、電極支撐板、上底板和下底板。其中：各電極支撐板平行等間距的固定在上底板和下底板之間，加速電極依次從各電極支撐板的中心穿過。

本加速器還包括成對(duì)安裝的調(diào)諧墊塊，調(diào)諧墊塊布置在相鄰電極支撐板之間、相對(duì)于加速電極對(duì)稱布置。

本加速器還包括布置在底板和電極支撐板內(nèi)部的冷卻水路。

與現(xiàn)有的RFQ加速器相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)采用加速電極的通體支撐方式，選擇RFQ腔體電磁場(chǎng)工作模式為H_21(n)，提高了諧振頻率。在相同的橫向尺寸和腔芯結(jié)構(gòu)下，梯形IH-RFQ的諧振頻率分別是傳統(tǒng)四桿型和IH型RFQ的1.3倍和2倍，使其特別適于100MHz以上離子的高效加速。

2)采用完全對(duì)稱的加速電極通體支撐方式，消除了RFQ極間四極場(chǎng)中的二極場(chǎng)分量，保證了RFQ四極場(chǎng)的完美對(duì)稱性，從而保證被加速束流的品質(zhì)。

附圖說明

圖1本實(shí)用新型中的梯形IH-RFQ加速結(jié)構(gòu)；

圖2傳統(tǒng)四桿型RFQ加速結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3傳統(tǒng)IH型RFQ加速結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本實(shí)用新型中的梯形IH-RFQ加速器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本實(shí)用新型中的梯形IH-RFQ加速器包括上底板1、下底板2、加速電極4和十塊電極支撐板3。電極支撐板3的個(gè)數(shù)根據(jù)諧振頻率、機(jī)械強(qiáng)度和功耗優(yōu)化結(jié)果來確定。本實(shí)施例中的加速電極4采用了通體的支撐方式，如圖1所示，各電極支撐板3的上下兩端分別固定連接到加速器腔筒的上底板1和下底板2上，并且各電極支撐板3平行等間距布置，加速電極4依次從各電極支撐板3的中心穿過。

本實(shí)施例中，在電極支撐板3、上底板1和下底板2的內(nèi)部，沿著電極支撐板3和上下底板的走向，加工有循環(huán)的冷卻水路。