CN105050309B - 一种弯折翼型射频四极加速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及离子加速器加速机构技术领域，尤其是涉及一种弯折翼型射频四极加速器。其特点是包括腔体，所述的腔体内设置有四个翼，腔体两端分别设置有端板，每个端板中心设置有一个束流孔，两个束流孔的中心线与腔体中心轴线在同一直线上；腔体上还设置有π模稳定杆和用于调整频率的调谐器。其通过在极头部分对翼进行了弯折，在翼横向总长度不变的情况下大大缩小了腔体横截面的尺寸，非常适用于低频率束流；同时，由于具备传统四翼型射频四极加速结构的冷却系统简单、有效的优点，因此非常适合连续波工作状态。本发明在降低射频四极加速器的加工难度、减小工程费用、提高设备运行的可靠性和稳定性等方面都有明显优势。
Description
技术领域
本发明涉及离子加速器加速机构技术领域，尤其是涉及一种弯折翼型射频四极加速器。
背景技术
20世纪70年代出现的射频四极(RFQ)加速器对世界加速器的快速发展起到了巨大的推动作用。RFQ加速器集束流加速、聚焦和聚束于一体，主要适用于低能束流的加速，一般用作中高能加速器的注入器。目前人们常用的低频率RFQ加速器的加速结构主要是四杆型结构。当工作于连续波(CW)状态时，要求RFQ加速器必须具备合理的冷却系统，以有效地处理连续工作时腔体产生的大量热量。但是，四杆型RFQ加速器的冷却系统相当复杂，它一般由电极冷却管道、支撑板冷却管道、垫块冷却管道和底板冷却管道构成，这些复杂的冷却系统给腔体机械设计和加工带来了很大的难度。本世纪初，美国阿冈实验室(ANL)提出了一种开窗四翼型RFQ加速结构，该结构也适合于低频率范围，但其缺点同样是冷却系统复杂。
理论上讲，传统四翼型RFQ加速器加速结构也可用于低频率领域，并且该加速结构具有冷却系统简单、有效的优点，但是当应用于低频率领域时其横截面尺寸往往很大,以美国密西根州立大学(MSU)的四翼型RFQ加速器为例，其工作频率为80.5MHz，腔体内径达到了940mm，这给腔体的加工提出了很大的难题,比如需要大型的加工机床和焊接炉，最重要的是加工的精度不易保证。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的缺陷而提供一种弯折翼型射频四极加速器，有效解决了现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的一种弯折翼型射频四极加速器，其特点是包括腔体，所述的腔体内设置有四个翼，腔体两端分别设置有端板，每个端板中心设置有一个束流孔，两个束流孔的中心线与腔体中心轴线在同一直线上；腔体上还设置有π模稳定杆和用于调整频率的调谐器。
所述的腔体和每个端板通过螺丝固定相连，腔体和每个端板之间设置有高频密封圈和真空密封圈。
所述的四个翼为弯折形状，翼极头部分与根部呈垂直关系，四个翼按中心对称的方式安装在腔体内并将腔体均匀地分为四个部分。
所述的两个端板与四个翼的端部设置有间隙，四个翼的极头之间设置有间隙，四个翼的极头末梢为圆弧结构。
所述的腔体和四个翼采用真空焊接相连，所述的腔体和四个翼上均设置有冷却水管道，冷却水将带走腔体连续工作时产生的热量，冷却水管道的数量、大小及位置布局由热力学计算确定。
所述的腔体为正四边形或正八边形结构，腔体为高真空腔体，其真空度一般为10-4-10-7Pa。
所述的腔体和四个翼的长度由束流动力学计算确定，两个端板与四个翼的端部之间的间隙大小由腔体内电场平整度的要求确定，四个翼的极头之间的间隙由束流动力学计算确定，四个弯折翼的极头末梢的圆弧的曲率半径由束流动力学计算确定，腔体的横截面尺寸由腔体频率决定。
本发明的有益效果是：所述的一种弯折翼型射频四极加速器，其通过在极头部分对翼进行了弯折，相较于传统的四翼型射频四极加速结构，本发明在翼横向总长度不变的情况下大大缩小了腔体横截面的尺寸，非常适用于低频率束流；同时，由于具备传统四翼型射频四极加速结构的冷却系统简单、有效的优点，因此非常适合连续波工作状态。本发明在降低射频四极加速器的加工难度、减小工程费用、提高设备运行的可靠性和稳定性等方面都有明显优势。
附图说明
图1是本发明的轴测结构原理示意图；
图2是采用本发明结构的HIAF RFQ温度分布图；
图中所示：1.腔体，2.翼，3.圆弧结构，4.调谐器，5.π模稳定杆，6.冷却水管道，7.端板，8.束流孔，9.高频密封圈，10.真空密封圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，所述的一种弯折翼型射频四极加速器，其特点是包括腔体1，所述的腔体1内设置有四个翼2，腔体1两端分别设置有端板7，每个端板中心设置有一个束流孔8，两个束流孔的中心线与腔体1中心轴线在同一直线上；腔体1上还设置有π模稳定杆5和用于调整频率的调谐器4。
进一步，所述的腔体1和每个端板7通过螺丝固定相连，腔体1和每个端板之间设置有高频密封圈9和真空密封圈10。
进一步，所述的四个翼2为弯折形状，翼2极头部分与根部呈垂直关系，四个翼2按中心对称的方式安装在腔体1内并将腔体1均匀地分为四个部分。
进一步，所述的两个端板7与四个翼2的端部设置有间隙，四个翼2的极头之间设置有间隙，四个翼2的极头末梢为圆弧结构3。
进一步，所述的腔体1和四个翼2采用真空焊接相连，所述的腔体1和四个翼2上均设置有冷却水管道6，冷却水将带走腔体连续工作时产生的热量，冷却水管道的数量、大小及位置布局由热力学计算确定。
进一步，所述的腔体1为正四边形或正八边形结构，腔体1为高真空腔体，其真空度一般为10-4-10-7Pa。
所述的腔体和四个翼的长度由束流动力学计算确定，两个端板与四个翼的端部之间的间隙大小由腔体内电场平整度的要求确定，四个翼的极头之间的间隙由束流动力学计算确定，四个弯折翼的极头末梢的圆弧的曲率半径由束流动力学计算确定，腔体的横截面尺寸由腔体频率决定。
如图2所示，采用弯折翼型射频四极加速器加速结构的HIAF(High IntensityHeavy-ion Accelerator Facility)RFQ加速器。HIAF RFQ加速器用来将能量为0.014MeV/u的离子束(从质子到铀238的所有离子)加速到0.5MeV/u.HIAF RFQ加速器的工作频率为81.25MHz，属于低频率范围，该加速器为连续工作模式。采用弯折翼型射频四极加速器加速结构的HIAF RFQ加速器的腔体的温度分布图，在该计算中水冷管道的直径为12mm，冷却水的温度为20℃，水的流速为2.29米每秒。从图中可以看出，弯折翼型加速结构的HIAF RFQ的腔体的最高温度仅为24.33℃,完全满足设备运行的可靠性和稳定性要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种弯折翼型射频四极加速器，其特征是包括腔体，所述的腔体内设置有四个翼，腔体两端分别设置有端板，每个端板中心设置有一个束流孔，两个束流孔的中心线与腔体中心轴线在同一直线上；腔体上还设置有π模稳定杆和用于调整频率的调谐器；所述的四个翼为弯折形状，翼极头部分与根部呈垂直关系，四个翼按中心对称的方式安装在腔体内并将腔体均匀地分为四个部分。
2.如权利要求1所述的一种弯折翼型射频四极加速器，其特征在于：所述的腔体和每个端板通过螺丝固定相连，腔体和每个端板之间设置有高频密封圈和真空密封圈。
3.如权利要求1所述的一种弯折翼型射频四极加速器，其特征在于：所述的两个端板与四个翼的端部设置有间隙，四个翼的极头之间设置有间隙，四个翼的极头末梢为圆弧结构。
4.如权利要求1所述的一种弯折翼型射频四极加速器，其特征在于：所述的腔体和四个翼采用真空焊接相连，所述的腔体和四个翼上均设置有冷却水管道，冷却水将带走腔体连续工作时产生的热量，冷却水管道的数量、大小及位置布局由热力学计算确定。
5.如权利要求1所述的一种弯折翼型射频四极加速器，其特征在于：所述的腔体为正四边形或正八边形结构，腔体为高真空腔体，其真空度一般为10-4-10-7Pa。
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