CN117677020A - 一种基于能量调节的共振引出系统 - Google Patents
一种基于能量调节的共振引出系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117677020A CN117677020A CN202311520797.3A CN202311520797A CN117677020A CN 117677020 A CN117677020 A CN 117677020A CN 202311520797 A CN202311520797 A CN 202311520797A CN 117677020 A CN117677020 A CN 117677020A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- extraction
- magnet
- straight line
- energy
- resonance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 134
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 22
- 239000001064 degrader Substances 0.000 claims description 19
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 13
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 3
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N prednisone Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3C(=O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 210000004492 nuclear pore Anatomy 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于能量调节的共振引出系统，包括：若干束流偏转单元和若干直线段，若干束流偏转单元间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转；若干直线段，依次形成于若干束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出；其中，束流引出的直线段上设置有引出切割磁铁，沿束流方向与引出束流的直线段上游相邻的直线段上设置有引出静电偏转板或踢轨磁铁，引出静电偏转板或踢轨磁铁的下游设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器。该系统具有静电偏转板长度短，加载电压低，运行安全可靠，切割磁铁板厚空间充足，数量少，设计简单，占用空间小的特点，可以大幅缩短同步加速器周长。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于能量调节的共振引出系统，属于加速器技术领域。
背景技术
同步加速器慢引出束流在航天、材料、医学、农业、生物等领域应用广泛。例如，开展航天电子元器件特别是电子器件整机的单粒子效应辐照研究；研究粒子在生物体和半导体材料中的辐照效应规律；可用于核孔膜的生产和粒子癌症治疗领域。
目前，同步加速器的常用慢引出系统是利用非线性磁场激发共振粒子沿着界轨运动，引出束进入静电偏转板，通过加载百千伏高压对引出束进行偏转，在切割磁铁入口引出束和循环束产生一定的分离高度。由于受到尖端放电打火和加工工艺水平的限制，通常静电偏转板有效长度≤1.5m，梯度场≤100kV/cm，在有限的长度内静电偏转板能提供的踢角是一定的，因此产生的分离高度十分有限，通常分离高度内需要放置：接受度下束流包络+闭轨量+引出束真空管道+引出切割磁铁线规+切割磁铁漏场屏蔽层+切割磁铁线规与屏蔽层压板等。要引出高能量的束流，切割磁铁需要更大的线规与更厚的屏蔽层，从而导致分离高度增加，只能增加静电偏转板的长度与数量，这提高了静电偏转板的加工难度和纵向占用空间。同时，静电偏转板将运行在更高的电压，安全风险极大。由于受到预分离高度的限制，第一台切割磁铁因漏场等原因导致产生的磁场较低，偏转能力受到限制，需要第二台、第三台甚至更多台切割磁铁才能实现引出束完全从同步加速器中分离，这导致切割铁数量多，纵向占用空间大，引出系统设计难度大。因此，由于引出核心元件静电偏转板与切割磁铁需要占用较大的纵向空间，尤其是高能量的束流引出，这限制了同步加速器周长的缩短，导致装置占地面积大，造价高，不利于同步加速器装置的小型化推广应用。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于能量调节的共振引出系统。该共振引出系统的引出束流进入静电偏转板后受到电场作用，打在降能器上，静电偏转板只需在降能器处产生的分离高度为：接受度下束流包络+闭轨量，而不用考虑“引出束真空管道+引出切割磁铁线规+切割磁铁漏场屏蔽层+切割磁铁线规与屏蔽层压板”等所需高度，可以大幅降低静电偏转板的长度与电压，运行安全可靠。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于能量调节的共振引出系统，包括：
若干束流偏转单元和若干直线段，若干所述束流偏转单元间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转；
若干直线段，依次形成于若干所述束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出；
其中，引出束流的所述直线段上设置有引出切割磁铁，沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述引出静电偏转板或踢轨磁铁的下游设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器，或者；
束流引出的所述直线段上设置有引出切割磁铁，沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器，或者；
沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述引出静电偏转板或踢轨磁铁的下游设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器，或者；
沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器。
所述的共振引出系统，优选地，所述降能器为楔形块，在束流引出过程中，两所述楔形块的移动方向相反，以实现束流能量连续可调。
所述的共振引出系统，优选地，束流经过所述降能器降能后，在出口处产生的分离高度为Δx，计算公式如下：
Δx＝Dx×ΔP/P1
式中，Dx为二极磁铁的色散函数；ΔP为束流经过降能器前后所产生的动量偏差；P1为束流经过降能器前的动量。
所述的共振引出系统，优选地，通过调节ΔP/P1在大范围调整Δx，以满足引出切割铁的切割板厚度需求。
所述的共振引出系统优选地，通过调节所述引出静电偏转板的踢角，改变引出束流打在所述降能器上的位置和角度，从而调整引出束流打在所述引出切割磁铁入口处的位置与角度。
所述的共振引出系统，优选地，所述束流偏转单元和所述直线段的数量均为八，分别为第一至第八束流偏转单元和第一至第八直线段；
其中，所述第一直线段中设置有所述降能器和所述引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述第二直线段中设置有所述引出切割磁铁，或者；
所述第一直线段中设置有所述降能器，所述第二直线段中设置有所述引出切割磁铁，或者；
所述第一直线段中设置有所述降能器和所述引出静电偏转板或踢轨磁铁，或者；
所述第一直线段中设置有所述降能器。
所述的共振引出系统，优选地，所述第八直线段上设置有高频加速腔体，用于对束流进行加速。
所述的共振引出系统，优选地，所述第五直线段上设置有DCCT，用于直流流强探测。
所述的共振引出系统，优选地，所述第四直线段和第八直线段上均设置有一块六极磁铁。
所述的共振引出系统，优选地，所述第二直线段、所述第四直线段、所述第六直线段以及所述第八直线段上均设置有两块四极磁铁。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明所涉及的共振引出系统，在静电偏转板的下游设置降能器，共振引出束流进入静电偏转板后受到电场作用，打在降能器上。静电偏转板只需在降能器处产生的分离高度为：接受度下束流包络+闭轨量，而不用考虑“引出束真空管道+引出切割磁铁线规+切割磁铁漏场屏蔽层+切割磁铁线规与屏蔽层压板”等所需高度，可以大幅降低静电偏转板的长度与电压，运行安全可靠。静电偏转板的长度短意味着纵向占用空间小，可以显著减小同步加速器周长。
2、本发明的降能器采用双楔形块方案，可以实现同一引出能量下束流穿透楔形块的厚度相同，补偿采用1块楔形块存在的厚度偏差，采用双楔形块所引出束的角散相对较小，束流品质较好，引出效率更高。同时，通过动态调节楔形块的厚度可以实现引出束的能量连续可调，且不同能量的引出束按照设计的同一轨道引出，降低了引出系统及后续束线的设计难度。
3、本发明的共振引出系统具有静电偏转板长度短，加载电压低，运行安全可靠，切割磁铁板厚空间充足，数量少，设计简单，占用空间小的特点，可以大幅缩短同步加速器周长，对应用于癌症治疗，生物与材料辐照、航天与工业辐照等领域的离子同步加速器具有重要意义。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于能量调节的共振引出系统布局图；
图2为静电偏转板或踢轨磁铁入口处的相空间分布图；
图3为引出最低能量时两块垂直方向的楔形块相对位置图；
图4为引出最高能量时两块垂直方向的楔形块相对位置图；
图中各标记如下：
1-1～1-8为二极磁铁；2-1～2-8为四极磁铁；3-1～3-2为六极磁铁；4-DCCT；5-高频加速腔体；6-引出静电偏转板；7-引出切割磁铁；8-1～8-2为楔形块；9-循环束中心轨道；10-引出束中心轨道；
图3中各数字含义如下：1：两块楔形块垂直方向移动的最小安全距离；2：能量最低时所需穿透的楔形块总厚度的1/2；3：能量最高时所需穿透的楔形块总厚度的1/2；4：能量最低时楔形块的垂直尺寸；5：能量最高时楔形块的垂直尺寸；6：第一块楔形块垂直向上运动；7：第二块楔形块垂直向下运动；8：引出束打在降能器的位置；
图4中各数字含义如下：1：两块楔形垂直方向移动的最小安全距离；2：能量最低时所需穿透的楔形块总厚度的1/2；3：能量最高时所需穿透的楔形块总厚度的1/2；4：能量最低时楔形块的垂直尺寸；5：能量最高时楔形块的垂直尺寸；6：第一块楔形块垂直向下运动；7：第二块楔形块垂直向上运动；8：引出束打在降能器的位置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
目前同步加速器慢引出系统是产生共振离子跳跃至高压型静电偏转板，在高电场偏转作用下，引出束与循环束在切割磁铁入口处产生一定分离高度，在多块切割磁铁的磁场共同偏转作用下从同步加速器中完全引出。然而，由于静电偏转板的梯度场通常<100kV/cm，多块引出切割磁铁的磁场依次逐渐增大，要引出高能量离子，只能不断增加静电偏转板和引出切割磁铁的长度，这将导致同步加速器的周长大幅增加。
针对上述问题，本发明提出采用一种基于能量调节的共振引出系统，共振引出束进入静电偏转板后受到小电场偏转力而打在降能器上，引出束与循环束因能量不同在二极磁铁中的偏转半径不同，引出束将向内偏转，循环束沿着设计轨道运行，在二极磁铁出口产生足够的分离高度用于放置切割磁铁的切割板，可以充分发挥切割磁铁的偏转作用，实现引出束从同步环中完全分离。
如图1所示，本发明所涉及的基于能量调节的共振引出系统，包括：第一至第八束流偏转单元(即二极磁铁1-1～1-8，束流偏转单元的数量仅以此为例，并不限于此)，间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转；第一至第八直线段，依次形成于第一至第八束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出。
在本发明一个优选的实例中，第一直线段中设置有引出静电偏转板6和降能器(即：楔形块8-1～8-2)，引出静电偏转板6利用产生的电场引出束流，在降能器处产生预分离高度；引出静电偏转板6也可以是踢轨磁铁(kicker磁铁)，利用产生磁场作用于引出束，在降能器处产生预分离高度，将引出离子从循环束中切割分离；第二直线段中设置有引出切割磁铁7，用于将经过引出静电偏转板6切割分离的离子引出加速器；第五直线段中设置有DCCT(直流流强探测器)，用于直流流强探测，第八直线段中设置有高频加速腔体5，用于对束流进行加速。
本发明通过在共振引出系统中增设降能器，可以大幅降低引出静电偏转板6的长度与电压，运行安全可靠。具体如图2所示，利用非线性六极磁铁3-1～3-2激发三阶共振，使共振粒子跳跃至引出静电偏转板6中，引出静电偏转板6产生的电场在降能器处产生的预分离高度为：接受度下的束流包络+闭轨量(常规装置的分离高度为“引出束真空管道+引出切割磁铁线规+切割磁铁漏场屏蔽层+切割磁铁线规与屏蔽层压板”等)，这样可以实现进入引出静电偏转板6的引出束打在降能器上。由于预分离高度小，所需的引出静电偏转板6的踢角小，可以大幅降低引出静电偏转板6的长度与电压。
在一些具体实例中，本发明的共振引出系统还可以去掉引出静电偏转板6，利用非线性六极磁铁3-1～3-2激发三阶共振，使共振粒子直接将共振引出束流打在降能器(去掉静电偏转板6，只有降能器的共振引出系统)上，后续的轨道设计方案与上述情况(包含引出静电偏转板6+降能器的共振引出系统)类似。但是，相对于情况2(去掉静电偏转板6，只有降能器的共振引出系统)，情况1(包含引出静电偏转板6+降能器的共振引出系统)可以通过适当调节引出静电偏转板6的踢角，改变引出束流打在降能器上的位置和角度，从而调整束流打在引出切割磁铁7入口处的位置与角度，更易实现束流高效引出，引出系统调节更灵活，冗余度更高。
进一步地，为便于理解，本发明以循环束的能量为Ek1为例，对应的动量为P1，经过降能器后的引出束能量为Ek2，对应的动量为P2，产生的动量偏差为ΔP/P1＝(P2-P1)/P1<0，Ek2<Ek1。循环束在经过下游二极磁铁1-1～1-8时，将沿着平衡轨道运动，引出束因负的动量偏差以及二极磁铁1-1～1-8中的色散函数Dx，引出束在二极磁铁1-1～1-8中将向环内运动(如图1所示)，同时在出口处向环内产生的分离高度为Δx。其中，Δx近似等于Δx＝Dx×ΔP/P1。在环的lattice结构设计(中国专利202211331886.9，一种紧凑型多离子同步加速器)好后，二极磁铁1-1～1-8中的色散函数Dx是一定的，可以通过调节ΔP/P1大范围调整Δx，以满足引出切割磁铁7的切割板厚需求。
通过调节动量偏差ΔP/P1可以满足第一块引出切割磁铁7高磁场的切割板厚需求，降低了引出切割磁铁7及其电源的设计难度。同时可以充分发挥引出切割磁铁7的偏转能力，减小引出切割磁铁7的数量，降低引出切割磁铁7占用的纵向空间。若引出能量较低时，甚至可以不需要引出切割磁铁7而实现束流引出。
由于分离高度Δx可灵活调节，这样可以满足第一块引出切割磁铁7的高磁场所需的屏蔽空间需求，使得引出切割磁铁7的结构设计简单，同时可以充分发挥引出切割磁铁7的偏转能力，进而减小引出切割磁铁7的数量，降低引出切割磁铁7占用的纵向空间。若引出能量较低时，可以不需要引出切割磁铁7的偏转作用，引出束在二极磁铁1-1～1-8引出通道磁场直接作用下，实现与加速器完全分离。
当Δx确定后，ΔP/P1也是确定的，即引出束在二极磁铁1-1～1-8中的引出轨道是确定的。此时，引出束流的动能变化为ΔEk＝(γ+1)/γ×Ek1×ΔP/P1，其中，γ为洛伦兹因子，γ＝1+Ek1/Ek0，Ek0为粒子的静止能量。对于不同引出能量Ek0的束流，产生的动能变化ΔEk也不同，这意味着不同引出能量的束流对应的降能器的厚度不同。因此，要实现不同能量经过降能器后的引出轨道相同，需要动态调节降能器的厚度。
为了实现引出束流连续可调，本发明设计了一对尺寸和厚度相同的楔形块8-1～8-2，安装于与束流方向相垂直的面上，一对楔形块8-1～8-2沿着垂直轴线(循环束中心轨道9的垂直轴线)成镜像分布，相互平行，移动方向相反。当引出束能量最低时，所需穿透的降能器厚度最小，由于垂直轴线方向的发射度最大，因此所需的垂直方向尺寸大，如图3所示。随着能量增加，两块楔形块8-1～8-2相向移动。当引出束能量最高时，所需穿透的降能器厚度最大，而由于此时垂直轴线方向的发射度最小，因此所需的垂直方向尺寸最小，如图4所示。不同能量的引出束动能改变ΔEk所需的降能器厚度为两块楔形块8-1～8-2的纵向厚度之和，由于两块楔形块8-1～8-2的厚度组合可以覆盖所有的引出能量对应的动能改变ΔEk范围，因此可以实现引出束流的连续可调。
本发明采用两块楔形块具有如下优势：首先，若采用1块楔形块，同一能量的束流穿透楔形块的厚度存在偏差，导致引出束的角散增加，束流品质较差，容易造成束流损失。而采用两块楔形块8-1～8-2可以实现同一引出能量下束流穿透楔形块的厚度相同，补偿采用1块楔形块存在的厚度偏差，引出束的角散相对较小，束流品质较好，引出效率更高。
本发明通过采用双楔形块8-1～8-2的方案，可以实现同一引出能量下束流穿透楔形块8-1～8-2的厚度相同，补偿采用1块楔形块存在的厚度偏差，采用双楔形块8-1～8-2所引出束的角散相对较小，束流品质较好，引出效率更高。同时，通过动态调节楔形块8-1～8-2(两楔形块8-1～8-2相向移动)的厚度可以实现引出束的能量连续可调，且不同能量的引出束按照设计的同一轨道引出，降低了引出系统及后续束线的设计难度。
为便于理解，本发明给出一个具体实例，以引出能量为80-400MeV/u的C6+为例，当所需的动量偏差为-3.7％，降能器为碳楔形块时，所需穿透楔形块的总厚度范围约为300-5000微米，所需引出静电偏转板6的长度可减小为原来的1/3-1/4，引出切割磁铁7的数量由3～4台减小至1台，所需的纵向长度可减小为原来的1/3。
在一些具体实例中，进一步地，第一至第八束流偏转单元1-1～1-8为二极磁铁，用于改变束流的运动方向，使束流在加速器内的运动轨迹构成一个闭合的圆形。第二直线段、第四直线段、第六直线段以及第八直线段上均设置有两块四极磁铁2-1～2-8。第四直线段和第八直线段上均设置有一块六极磁铁3-1～3-2。
六极磁铁3-1～3-2是三阶共振慢引出的核心部件，在慢引出过程中加速器水平工作点被调整至1/3共振线附近，在共振六极磁铁3-1和3-2的作用下，相空间被分割为稳定区和非稳定区，初始阶段束流储存在稳定区当中，在RF-KO(射频激励慢引出装置，RadioFrequencyKnockout)的作用下束流振幅逐渐加大进入非稳定区，由于共振六极磁铁3-1和3-2的非线性作用，进入非稳定区中的离子沿界轨方向振幅迅速增大，之后进入引出静电偏转板6中被引出。非线性六极磁铁激发三阶共振慢引出方法不仅提高了引出束流品质，而且较大的螺距使得引出效率较高。
加速器中磁铁元件摆放的位置以及强度的大小决定了该同步环的光学结构。离子在同步环中的运行规律和光类似，存在直线传播、聚焦、散焦等特征，四极磁铁2-1～2-8对束流的作用与凸透镜和凹透镜的作用类似，因此束流在同步加速器中的运动规律也被称为束流光学。加速器中决定光学的主要磁铁元件是二极磁铁1-1～1-8和四极磁铁2-1～2-8，其中二极磁铁1-1～1-8的作用是改变束流的运动方向，使束流在加速器内的运动轨迹构成一个闭合的圆，四极磁铁2-1～2-8的作用是对束流进行聚焦和散焦，和光学透镜不同的地方在于四极磁铁2-1～2-8对束流水平方向聚焦的同时对垂直方向散焦，而对垂直方向聚焦的同时对水平方向散焦，光学设计的一个重要内容是合理的设置四极磁铁2-1～2-8摆放的位置和强度，使水平方向和垂直方向均可以稳定的周期性聚散焦而没有不可控的发散。设计束流光学有一套完备的理论体系，可以从理论上得到束流稳定传输的聚散焦条件，指导光学设计，实际设计过程中通常使用MADX、Winagile等软件进行光学参数的计算和优化匹配。
采用本发明所提出的基于能量调节的共振引出系统，共振引出束进入引出静电偏转板6后受到小电场偏转力而打在降能器上，引出束与循环束因能量不同在二极磁铁1-1～1-8中的偏转半径不同，引出束将向环内偏转，循环束则沿着设计轨道运行，在二极磁铁1-1出口产生足够的分离高度用于放置引出切割磁铁7的切割板，可以充分发挥引出切割磁铁7的偏转作用，实现引出束从同步环中完全分离。在引出切割磁铁7入口处产生的分离高度由所需降能的大小决定，即降能器的厚度决定。采用本发明所的设计共振引出系统，其具有引出静电偏转板6长度短，加载电压低，运行安全可靠，引出切割磁铁7的切割板厚空间充足，数量少，设计简单，占用空间小的特点，可以大幅缩短加速器的周长，对应用于癌症治疗，生物与材料辐照、航天与工业辐照等领域的加速器具有重要意义。
本发明中的加速器可以是同步加速器，也可以是FFAG或其他任意类型的加速器，加速器可采用常温或超导方案，从水平方向或垂直方向引出，通过一台二极磁铁或多台二极磁铁实现分离均可以采用本发明的共振引出系统。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于能量调节的共振引出系统，其特征在于，包括：
若干束流偏转单元和若干直线段，若干所述束流偏转单元间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转；
若干直线段，依次形成于若干所述束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出；
其中，引出束流的所述直线段上设置有引出切割磁铁，沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述引出静电偏转板或踢轨磁铁的下游设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器，或者；
束流引出的所述直线段上设置有引出切割磁铁，沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器，或者；
沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述引出静电偏转板或踢轨磁铁的下游设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器，或者；
沿束流方向与引出束流的所述直线段上游相邻的所述直线段上设置有一对沿循环束中心轨道的垂直轴线成镜像分布的降能器。
2.根据权利要求1所述的共振引出系统，其特征在于，所述降能器为楔形块，在束流引出过程中，两所述楔形块的移动方向相反，以实现束流能量连续可调。
3.根据权利要求1所述的共振引出系统，其特征在于，束流经过所述降能器降能后，在出口处产生的分离高度为Δx，计算公式如下：
Δx＝Dx×ΔP/P1
式中，Dx为二极磁铁的色散函数；ΔP为束流经过降能器前后所产生的动量偏差；P1为束流经过降能器前的动量。
4.根据权利要求3所述的共振引出系统，其特征在于，通过调节ΔP/P1在大范围内调整Δx，以满足引出切割铁的切割板厚度需求。
5.根据权利要求1所述的共振引出系统，其特征在于，通过调节所述引出静电偏转板的踢角，改变引出束流打在所述降能器上的位置和角度，从而调整引出束流打在所述引出切割磁铁入口处的位置与角度。
6.根据权利要求1所述的共振引出系统，其特征在于，所述束流偏转单元和所述直线段的数量均为八，分别为第一至第八束流偏转单元和第一至第八直线段；
其中，所述第一直线段中设置有所述降能器和所述引出静电偏转板或踢轨磁铁，所述第二直线段中设置有所述引出切割磁铁，或者；
所述第一直线段中设置有所述降能器，所述第二直线段中设置有所述引出切割磁铁，或者；
所述第一直线段中设置有所述降能器和所述引出静电偏转板或踢轨磁铁，或者；
所述第一直线段中设置有所述降能器。
7.根据权利要求6所述的共振引出系统，其特征在于，所述第八直线段上设置有高频加速腔体，用于对束流进行加速。
8.根据权利要求6所述的共振引出系统，其特征在于，所述第五直线段上设置有DCCT，用于直流流强探测。
9.根据权利要求6所述的共振引出系统，其特征在于，所述第四直线段和第八直线段上均设置有一块六极磁铁。
10.根据权利要求6所述的共振引出系统，其特征在于，所述第二直线段、所述第四直线段、所述第六直线段以及所述第八直线段上均设置有两块四极磁铁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311520797.3A CN117677020A (zh) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | 一种基于能量调节的共振引出系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311520797.3A CN117677020A (zh) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | 一种基于能量调节的共振引出系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117677020A true CN117677020A (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=90085468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311520797.3A Pending CN117677020A (zh) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | 一种基于能量调节的共振引出系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117677020A (zh) |
-
2023
- 2023-11-15 CN CN202311520797.3A patent/CN117677020A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7432516B2 (en) | Rapid cycling medical synchrotron and beam delivery system | |
| JP4996460B2 (ja) | イオンビームによる放射線治療のための粒子加速器 | |
| CN102119584A (zh) | 强流直流质子加速器 | |
| EP2485571B1 (en) | High-current single-ended DC accelerator | |
| JP2004525486A (ja) | 重イオン癌治療施設で使用されるイオンを生成し、選択する装置 | |
| CN112822830B (zh) | 质子和轻离子同步加速器、含该加速器的治疗系统及应用 | |
| CN109842986B (zh) | 横向束流均匀的快循环同步加速器和加速器系统 | |
| US4672615A (en) | Ion and electron beam steering and focussing system | |
| Inoue et al. | A merging preaccelerator for high current H− ion beams | |
| CN115003004A (zh) | 小型化离子同步加速器 | |
| CN113382529A (zh) | 一种超导离子环形同步加速器 | |
| CN117677020A (zh) | 一种基于能量调节的共振引出系统 | |
| CN107211523B (zh) | 射频腔 | |
| CN115866868B (zh) | 一种基于电荷交换的非线性共振引出系统 | |
| Shikhovtsev et al. | A 10 mA, steady-state, charge exchange negative ion beam source | |
| CN117500139A (zh) | 一种基于变场梯度的束流引出系统 | |
| Gikal et al. | Development, creation, and startup of the DC-110 heavy ion cyclotron complex for industrial production of track membranes | |
| CN115734451B (zh) | 一种利用电荷态改变的直接激励引出系统 | |
| Baartman et al. | A 30 MeV H/sup-/cyclotron for isotope production | |
| Olivo et al. | Status report on the new injector at SIN | |
| Jongen et al. | Beam Dynamics aspects of a high intensity isotope production cyclotron | |
| Lachaize et al. | The Rapid Cycling Synchrotron of the EURISOL Beta-Beam facility | |
| Biarrotte et al. | First beams produced by the SPIRAL2 injectors | |
| CN117042278A (zh) | 医用小型化离子加速器 | |
| Vorogushin et al. | Key systems of an 433 MHz ion linac for applied purposes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |