[發明專利]一種束流引出裝置、參數獲取方法及回旋加速器

有效

• 申請號: 201711463241.X
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108282951B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 胡勝偉;樊寬軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;H05H13/00;G06F30/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;廖盈春

本發明公開了一種束流引出裝置、參數獲取方法及回旋加速器，裝置包括：散射器和靜電偏轉板；散射器用于使得品質不好的束流發生散射并有效通過靜電偏轉板間隙，靜電偏轉板用于將散射后的束流引出；參數獲取方法包括：建立兩組模型，通過模擬計算，獲取使得總的束流損失量最小時散射器沿束流方向的長度L及散射器與束流切割板前端的距離S的取值；回旋加速器的束流引出裝置包括：散射器和靜電偏轉板；并且回旋加速器的束流引出裝置中散射器沿束流方向的長度L及散射器與束流切割板前端的距離S的取值以設置為最優值。本發明可有效降低回旋加速器的束流引出損失，并使得束流引出損失的降低效果最大化。

技術領域

本發明屬于加速器工程領域，更具體地，涉及一種束流引出裝置、參數獲取方法及回旋加速器。

背景技術

對于質子回旋加速器而言，最常見的引出束流的方式是利用靜電偏轉板引出。由于引出區域束流的圈間距極小，為實現內外圈束流的分離，要求靜電偏轉板中束流切割板與電極間的電場極高，一般在在100KV/cm左右，同時束流切割板的厚度極小，一般在0.5mm以下。在束流品質不好(如束流發射度較大)或引出角度不理想時，引出束流邊緣的束暈極易撞擊束流切割板，導致束流切割板面臨很大過熱風險而產生變形，降低束流引出效率。

目前，為提高束流引出效率，質子回旋加速器引出設計的重點均集中在靜電偏轉板的結構設計和對靜電偏轉板位置的控制上。通過束流動力學計算確定靜電偏轉板的結構尺寸，通過遠程反饋控制調節偏轉板的位置，以此來實現質子束流的高效引出。對偏轉板的運動控制較為復雜，且對束流引出效率的提升有限，無法解決束流切割板被束流撞擊致受熱變形的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種束流引出裝置、參數獲取方法及回旋加速器，旨在解決現有回旋加速器中偏轉板易受束流撞擊而受熱變形所導致的引出效率不高的問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種束流引出裝置，包括：散射器和靜電偏轉板；散射器與靜電偏轉板沿束流軌道設置，并且沿束流方向，散射器位于靜電偏轉板前端；散射器用于使得品質不好的束流邊緣的束暈通過撞擊散射器而發生散射，進而使得散射后的束流有效通過靜電偏轉板間隙；靜電偏轉板用于將散射后的束流引出。

進一步地，散射器為矩形的金屬片狀物。

根據庫侖散射基本理論，質子穿過金屬材料時，金屬材料的原子序數越大，出射后的散射角越大，為保證束流充分散射，散射器需要使用原子序數較大的金屬材料以獲得較大的散射角；為避免受束流撞擊時發熱熔化或變形，散射器需要使用熔點較高的金屬材料；同時考慮到材料獲取的便易性，優選地，散射器材料為原子序數較大且熔點較高的金屬鎢。

進一步地，散射器的厚度與寬度均與束流切割板保持一致，以便于在加工時同時獲取兩塊材料。

進一步地，散射器沿束流方向的長度L的取值，以及散射器與靜電偏轉板中束流切割板上游的距離S的取值，使得束流經過束流引出裝置引出后，損失量低于束流只經過靜電偏轉板引出后的束流損失量。

針對不同的束流引出能量、不同的引出半徑，通過合理設置束流引出裝置中散射器沿束流方向的長度L以及散射器與束流切割板前端的距離S，實現降低束流引出損失的效果最大化。

結合本發明的第一方面，本發明還提供了一種束流引出裝置的參數獲取方法，具體包括如下步驟：

(1)獲取靜電偏轉板引出區域入口處束流的初始參數，包括：束流發射度、束流能量以及束流引出角；

(2)分別建立參考模型和目標模型；所述參考模型包括：第一束流切割板以及參考束流；所述參考束流經所述第一束流切割板引出；所述目標模型包括：散射器、第二束流切割板以及目標束流；所述目標束流經所述散射器及所述第二束流切割板構成的束流引出裝置引出；

(3)根據所述參考模型獲取所述第一束流切割板上的束流損失量A1；