中國散裂中子源快循環同步環形加速器橫向準直器上質子束流損失造成的中子場分布

董啟凡，敬罕濤，許守彥，劉 磊，余潔冰，譚志新

(散裂中子源科學中心，東莞523803；中國科學院高能物理研究所，北京100049)

中國散裂中子源(China Spallation Neutron Source，CSNS)裝置是一個大型綜合性中子科學實驗平臺和能開展多學科研究的國家大科學裝置[1-5]。2018年8月，CSNS裝置正式竣工并通過國家驗收。當前，CSNS裝置已達到設計指標，打靶質子束流能量為1.6 GeV，束流功率為100 kW，重復頻率為25 Hz。CSNS裝置由1臺高功率直線加速器(linear accelerator，LINAC)、1臺快循環同步環形加速器(rapid cycling synchrotron, RCS)和1座靶站組成。圖1為CSNS裝置的布局。CSNS裝置還規劃了高能質子應用區(high-energy proton experimental area， HPEA)，可開展質子束與繆子束的應用研究。

CSNS RCS是CSNS裝置的第二級加速器，主要作用是將經過LINAC的80 MeV中能質子束團進行累積和加速。每個脈沖周期對質子束團的操作可分為多圈注入、束團加速和引出3個階段。首先，采取剝離多圈方式注入中能負氫離子束，累積完成2個高功率質子束團；隨后，中能質子束團在加速腔被不斷加速，約20 ms后，質子束團能量被加速到1.6 GeV附近；最后，使用1組快引出磁鐵將質子束流從環中引出打靶，每個引出脈沖的質子數約為1.56×1013。CSNS RCS為4折對稱設計，上下2個長直線節分別用于注入和引出；左邊直線段為加速段；右邊直線段用于質子束流橫向準直[6]、切除大角度束暈粒子及控制束流發射度。同時，將接受度外的質子損失在指定位置，可對損失質子進行集中屏蔽，控制整個加速器隧道內的活化劑量，便于束線上設備的維護。

圖1 CSNS裝置的布局Fig.1 Layout of CSNS facility

1RCS橫向束流準直系統

圖2為RCS橫向束流準直系統示意圖。RCS橫向束流準直采用了二級準直系統設計，由1個主準直器和4個次級準直器構成。……