CN101720164A - 一种组合加速结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合加速结构，属于核科学及核技术领域。本发明结构包括射频四极场部分和分离作用射频四极场部分，所述射频四极场和分离作用射频四极场在同一谐振腔内直接连接，且中心轴线同轴。所述射频四极场和分离作用射频四极场采用相同的支撑方式。本发明不仅可以省去另一套高功率发射机及相关的高频控制系统，总的高频功率大大小于两台发射机的功率之和，还省去了大功率的电磁透镜等匹配元件，减少了加速器的整体尺寸和造价；更因避免了束流纵向与横向匹配之间的失衡而提高了束流总体输运效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合加速结构，尤其涉及一种组合射频四极场加速器和分离作用射频四极场加速器的共振一腔结构。属于核科学及核技术领域。
背景技术
RFQ(射频四极场，Radio Frequency Quadrupole，简称RFQ)加速器是强流直线加速器低能端广泛使用的关键部件。但随着加速离子能量的提高，常规的RFQ加速器的加速效率显著降低。实验证明北京大学先前发明的分离作用射频四极场(Separated Function Radio Frequency Quadrupole，简称SFRFQ)在注入器高能端的加速效率明显高于常规的RFQ，但仍需以后者做注入器，请参见中国专利98119331.5和200510012217.5。
为此就需要两台射频功率源，还要在两者之间加入电磁匹配元件，通过匹配原件的途径实现加速束流在两者之间的过渡。这不仅增加了整个加速器的造价和长度，而且往往由于束流横向和纵向的匹配之间的失衡，导致整体束流传输效率的严重下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提出一种新的组合加速结构。
为了实现上述技术目的，本发明提出射频四极场(RFQ)和分离作用射频四极场(SFRFQ)共振腔一体化加速器结构，在一个谐振腔内实现RFQ与SFRFQ之间直接对接，既可减少射频功率源器件，省去电磁匹配元件，缩短整体长度，还可避免束流横向和纵向的失配损失，从而实现加速效率的突破。
具体来说，本发明采用如下技术方案：
一种组合加速结构，包括射频四极场部分和分离作用射频四极场部分，其特征在于所述射频四级场和分离作用射频四级场在同一谐振腔内直接连接，且中心轴线同轴。所述射频四极场和分离作用射频四极场部分优选通过电容耦合的方式在同一谐振腔内谐振。
为了实现所述中轴线同轴，所述射频四级场和分离作用射频四级场可采用相同的支撑方式，比如均通过一对中心对称的支撑部件一和支撑部件二支撑，所述支撑部件一和支撑部件二均包括一短臂和一长臂。
如图1所示，经过RFQ聚束的束团，直接过渡到加速效率很高的SFRFQ结构中，省去了RFQ与后加速结构之间的匹配和聚焦段，提高了整机的加速效率，缩短了束线长度；另一方面拓宽了RFQ输出能量的范围，为后级加速器比如IH-DTL、Alvarez等带来设计上的方便。
模拟计算表明，RFQ与SFRFQ一体化组合加速腔可以在同一个谐振频率下运行。此外，所述射频四级场和分离作用射频四级场的谐振频率之间可不完全相同，两者之间相差10％以内是可以接受的，所说的两者之间相差10％以内指的是RFQ的谐振频率在SFRFQ的谐振频率的90％～110％的范围内，或SFRFQ的谐振频率在RFQ的谐振频率的90％～110％的范围内。
和现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明不仅可以省去另一套高功率发射机及相关的高频控制系统，总的高频功率大大小于两台发射机的功率之和，还省去了大功率的电磁透镜等匹配元件，减少了加速器的整体尺寸和造价；更因避免了束流纵向与横向匹配之间的失衡而提高了束流总体输运效率。
附图说明
图1是本发明组合加速结构的示意图，
其中：1-RFQ；2-SFRFQ；3-连接处；4-支撑部件一第一部分；5-支撑部件一第二部分；6-支撑部件二第一部分；7-支撑部件二第二部分。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步描述。
按照如图1所示的结构将RFQ和SFRFQ组合在一起，并置于谐振腔内。同时将RFQ和SFRFQ的中轴线设置在同一条线上。
RFQ和SFRFQ采用相同的支撑方式，即RFQ和SFRFQ分别通过支撑部件一和支撑部件二支撑，支撑部件一和支撑部件二相同。支撑部件一和支撑部件二各自包括两个中心对称的部件，每个部件包括一短臂和一长臂，两个部件的四个臂各自用于固定四极场的一级。
RFQ和SFRFQ以及谐振腔的具体参数如下表1所示，其中RFQ和SFRFQ的谐振频率相同。
表1.
在该组合结构中，首先由RFQ电极将离子束进行横向匹配、成形、聚束但不进行加速段的运行，此时离子束会有适当的能量，以符合SFRFQ的注入要求。然后由加速效率更高的SFRFQ电极替代RFQ电极中的加速段，以达到在更短的距离内将离子束加速到所要的设计能量的目的。
以加速O+离子为例，电极总长2.55m，其中RFQ电极长1.75m，SFRFQ电极长0.8m。在RFQ部分，O+离子被加速到约0.8MeV；在SFRFQ部分，O+离子继续增能0.7MeV，总出口能量达1.5MeV。和本申请申请人北京大学在1999年建成出束的一台出口能量1MeV常规RFQ加速器相比，在相同的电极长度下，能量增益提高近50％。
Claims (5)
1.一种组合加速结构，包括射频四极场部分和分离作用射频四极场部分，其特征在于所述射频四极场和分离作用射频四极场在同一谐振腔内直接连接，且中心轴线同轴。
2.如权利要求1所述的组合加速结构，其特征在于所述射频四极场和分离作用射频四极场的支撑方式相同。
3.如权利要求1所述的组合加速结构，其特征在于所述射频四极场和分离作用射频四极场均通过一对中心对称的支撑部件一和支撑部件二支撑，所述支撑部件一和支撑部件二均包括一短臂和一长臂。
4.如权利要求1所述的组合加速结构，其特征在于所述射频四极场和分离作用射频四极场的谐振频率相同。
5.如权利要求1所述的组合加速结构，其特征在于所述射频四极场和分离作用射频四极场部分通过电容耦合的方式在同一谐振腔内谐振。
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