西安200 MeV質子應用裝置負氫離子源及低能束流傳輸線實驗研究

王百川， 王忠明， 劉臥龍， 邢慶子， 唐 若， 李 巖， 馬鵬飛， 杜暢通， 楊 業,， 王敏文， 王 迪， 趙銘彤， 趙 晨， 魏崇陽， 王茂成， 張 輝， 閆逸花， 呂 偉

(1. 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室， 西安 710024； 2. 粒子技術與輻射成像教育部重點實驗室， 北京 100084； 3. 清華大學 先進輻射源及應用實驗室， 北京 100084； 4. 清華大學 工程物理系， 北京 100084)

西安200 MeV質子應用裝置( Xi’an 200 MeV Proton Application Facility, XiPAF)是國內首臺宇航器件質子單粒子效應專用輻射模擬試驗裝置。XiPAF主要由7 MeV的負氫離子直線注入器與最高能量為230 MeV的質子同步加速器組成。負氫離子源和低能束流傳輸線(low energy beam transport line，LEBT)于2018年11月建成并出束。負氫離子源產生的50 keV負氫離子束經LEBT聚焦匹配至3 MeV的射頻四極加速器(radio frequency quadrupole accelerator，RFQ)，再經漂移管直線加速器(drift tube linac，DTL)加速至7 MeV。負氫離子束通過剝離膜設備剝離為質子，并在同步加速器中加速至230 MeV[1]。離子源是整個加速器的源頭，獲取其束流參數對加速器的聯調和研究具有重要意義。因此，在低能束流傳輸線上進行實驗以確定初始負氫離子束的Twiss參數與束流強度。本文首先根據發射度儀測量結果反推得到離子源出口Twiss參數，再通過在單螺線管LEBT上開展傳輸實驗得到離子源出口負氫離子束流強度。

1 負氫離子源出口Twiss參數測量

圖1為負氫離子源及LEBT的結構示意圖[2-3]。負氫離子源主要包括微波發生器、傳輸波導、源體及引出系統，主要設計參數列于表 1。2.45 GHz磁控管產生的微波通過環形器、三銷釘調諧器及高壓隔離波導后饋入離子源放電室。負氫離子源為兩電極引出結構的永磁型ECR負氫離子源，直接安裝在LEBT第一診斷室上, 結構如圖 2所示。……