[發(fā)明專利]一種高能、強(qiáng)流交變梯度回旋加速器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811429063.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109362172B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?zhí)炀?/a>;李明;邊天劍;王川;安世忠;殷治國(guó);王飛;魏素敏;紀(jì)彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)原子能科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H05H13/00
• 分類號(hào): H05H13/00;H05H7/04
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 羅煥清

本發(fā)明公開(kāi)了一種高能、強(qiáng)流交變梯度回旋加速器，包括強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的注入和引出系統(tǒng)、增加軸向聚焦力的沿加速器圓周方向布設(shè)的多個(gè)周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件、沿加速器圓周方向磁鐵組件之間布設(shè)的多個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)束加速的大范圍變軌道磁鐵結(jié)構(gòu)，大功率高穩(wěn)定度高頻加速系統(tǒng);所述大功率高穩(wěn)定度高頻加速系統(tǒng)腔體布置在各個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)內(nèi)、與周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件組成主回旋加速器結(jié)構(gòu)；粒子由加速器內(nèi)圈上某一漂移節(jié)內(nèi)側(cè)的注入系統(tǒng)注入，經(jīng)主回旋加速器加速，最后由加速器外圈上某一漂移節(jié)外側(cè)的引出系統(tǒng)將束流引出；通過(guò)引入周期性高梯度扭擺磁鐵，使束流可以穩(wěn)定的加速到1GeV以上，突破了傳統(tǒng)回旋加速器的引出束流能量限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于加速器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高能、強(qiáng)流交變梯度回旋加速器。

背景技術(shù)

在高功率(功率是通過(guò)流強(qiáng)與能量的乘積表示的)質(zhì)子加速器中，回旋加速器方案、直線加速器與快循環(huán)同步加速器的組合方案是國(guó)際上廣泛認(rèn)可的兩個(gè)方案。比如瑞士保羅謝爾研究所的590MeV回旋加速器(功率1.3MeV，回旋加速器方案)，我國(guó)的中國(guó)散裂中子源(束流能量1.6GeV，功率0.1MW，直線加速器與快循環(huán)同步加速器的組合方案)，美國(guó)的散裂中子源(束流能量1.0GeV，功率1.4MW，直線加速器與快循環(huán)同步加速器的組合方案)。

回旋加速器方案的優(yōu)點(diǎn)是流強(qiáng)大、連續(xù)束、造價(jià)低，缺點(diǎn)是當(dāng)束流在能量較高時(shí)由于磁場(chǎng)非線性效應(yīng)而導(dǎo)致束流最高引出能量普遍在1GeV以下，從而限制了回旋加速器功率的進(jìn)一步提高。

直線加速器與快循環(huán)同步加速器的組合方案的優(yōu)點(diǎn)是可以極大地提高束流的引出能量,可達(dá)GeV量級(jí)。缺點(diǎn)是平均流強(qiáng)較小、脈沖束、造價(jià)昂貴、工程難度大。此方案因?yàn)槠骄鲝?qiáng)較小從而限制了束流功率的提高。

從兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析可以看出，未來(lái)高功率質(zhì)子加速器的發(fā)展方向是結(jié)合回旋加速器方案、直線加速器與快循環(huán)同步加速器的組合方案兩者的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行可以產(chǎn)生束流能量高(高能)、束流強(qiáng)度大(強(qiáng)流)的加速器研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高能、強(qiáng)流交變梯度回旋加速器，目的是解決現(xiàn)有技術(shù)加速器束流能量相對(duì)低、束流強(qiáng)度相對(duì)小的問(wèn)題。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采取以下技術(shù)方案：

一種高能、強(qiáng)流交變梯度回旋加速器，其特點(diǎn)是：包括強(qiáng)流回旋加速器注入引出結(jié)構(gòu)、增加軸向聚焦力的沿加速器圓周方向布設(shè)的多個(gè)周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件、沿加速器圓周方向磁鐵組件之間布設(shè)的多個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)、實(shí)現(xiàn)連續(xù)束加速的大范圍變軌道磁鐵結(jié)構(gòu)，大功率高穩(wěn)定度高頻加速系統(tǒng)；所述大功率高穩(wěn)定度高頻加速系統(tǒng)腔體布置在各個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)內(nèi)、與周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件組成主回旋加速器結(jié)構(gòu)；粒子由加速器內(nèi)圈上某一漂移節(jié)內(nèi)側(cè)的注入系統(tǒng)注入，經(jīng)主回旋加速器加速，最后由加速器外圈上某一漂移節(jié)外側(cè)的引出系統(tǒng)將束流引出；所述磁鐵組件即為周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件。

所述多個(gè)周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件沿著加速器圓周方向間隔布設(shè)，每個(gè)周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件包括兩個(gè)正向偏轉(zhuǎn)徑向聚焦磁鐵和一個(gè)反向偏轉(zhuǎn)軸向聚焦磁鐵、且反向偏轉(zhuǎn)軸向聚焦磁鐵位于兩個(gè)正向偏轉(zhuǎn)徑向聚焦磁鐵的中間；所述正向偏轉(zhuǎn)徑向聚焦磁鐵、反向偏轉(zhuǎn)軸向聚焦磁鐵為沿著垂直方向布設(shè)的磁極方向相反的磁鐵。

所述多個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)的每個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)的周向長(zhǎng)度包括1米及1米以上、分別位于沿加速器圓周方向布設(shè)的相鄰周期性高梯度產(chǎn)生扭擺軌道的磁鐵組件之間的無(wú)磁場(chǎng)空間中、所述每個(gè)長(zhǎng)漂移節(jié)用于在長(zhǎng)漂移節(jié)內(nèi)沿加速器圓周方向布設(shè)2個(gè)及2個(gè)以上的高頻加速腔體。