RFQ加速装置同时加速同荷质比正负离子的理论与实验研究.pdfVIP

　第35卷第1期 原 子 能 科 学 技 术 Vol. 35 ,No. 1 　2001年1月 Atomic Energy Science and Technology Jan. 2001 文章编号 (2001) RFQ 加速装置同时加速同荷质比正负离子的 理论与实验研究 于金祥 ,陈佳洱 ,任晓堂 ,陆元荣 ,李伟国 ,方家驯 ,王忠义 (北京大学 重离子物理研究所 ,北京　100871) 摘要 :提出用 RFQ 加速器同时加速同荷质比正负离子的理论 ,并利用现有的 RFQ 加速装置进行 了实验验证。初步结果表明:采用这一方法可有效提高 RFQ 加速装置的载束能力。 关键词 :RFQ 加速器 ; 同时加速;正负离子 中图分类号: TL501 + 5 　　　文献标识码 :A RFQ 加速器体积小、束流传输效率高 ,并可使带电粒子从离子源引出能量开始 ,直接加速 到每核子几 MeV 。近年来 ,在洁净核能源领域 ,RFQ 被考虑用作注入器。RFQ 加速器通常加 速单一种类正或负带电粒子 ,加速脉冲流强因受束流空间电荷限制 ,一般为 1～100 mA 。在洁 净核能源和高剂量率的氧离子埋层注入等应用中常需高达数百 mA 的流强。为获得高流强 , RA Jameson[1 ] (LANL) 提出 ,在洁净核能源计划中使用 2 台 RFQ 加速器并联注入 ,在 CW 工 作模式下 ,每台提供 2 5 MeV 、125 mA 的质子束 ,这导致该计划造价增加。鉴于 RFQ 加速器 通常只利用了馈入高频功率的正或负半周的现状 ,用 RFQ 加速器同时加速同荷质比正负离子 ( ) 尤其是同一元素的正负离子 ,原则上可使 RFQ 加速器的极限载束能力提高一倍左右。因 此 ,1993 年本文作者提出用 RFQ 加速器同时加速同荷质比正负离子的设想 , 随后 ,编制了同 荷质比正负离子在 RFQ 加速装置中运动的模拟程序 ,并利用现有的 RFQ 实验装置进行用 RFQ 加速装置同时加速正负氧离子的实验研究[2～4 ] 。 1 　原理 RFQ 加速器同时加速同一荷质比的正、负离子主要基于荷质比绝对值相同的正、负离子 经过相等电位差值的电场时所获速度相等 ,即 收稿日期 ;修回日期 ( ) 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( ) 作者简介 :于金祥 1941 — ,男 ,辽宁西丰人 ,教授 ,加速器专业 第1期 　　于金祥等 :RFQ 加速装置同时加速同荷质比正负离子的理论与实验研究 35 η ( ) v = 2 V/ m 0 1 η 其中 : = q/ A 为荷质比 ; m 0 为质子的静止质量 ; V 为电压。 当初速度相同的同一荷质比正、负离子进入 RFQ 加速器后 ,在高频电场作用下 ,在聚束段 Φ π Φ 分别各自聚拢成移向 s 、+ s 平衡位相的束团 ,并在各自的平衡位相下加速到预定能量。 2 　正负离子在 RFQ腔内运动过程 注入初速度相同的连续或与高频调制结构相应的宽脉冲同荷质比正、负离子束。在 RFQ 加速器中的聚束和加速过程中 , 由于正负束间的相互作用与高频场对它们的作用相比是很小 的 ,因此 ,可视为正、负离子分别注入 RFQ 加速器加速过程的迭加 ,其差别仅在于正、负离子束 在注入 RFQ 前后直至分成正、负束团过程中的空间电荷效应不同及存在正、负离子碰撞造成 的束流损失。这两者是影响 RFQ 加速器极限流强大小的