西安200 MeV質(zhì)子應(yīng)用裝置60 MeV束流慢引出效率優(yōu)化

葉文博， 姚紅娟?， 楊 業(yè),， 劉曉宇， 李 巖，曾紅錦， 鄭曙昕， 王敏文， 劉臥龍， 王 迪， 王茂成，趙銘彤， 王學(xué)武， 關(guān)遐令， 王忠明

(1. 粒子技術(shù)與輻射成像教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京100084； 2. 清華大學(xué) 先進(jìn)輻射源及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室， 北京 100084； 3. 清華大學(xué) 工程物理系， 北京 100084； 4. 強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710024)

1 XiPAF慢引出設(shè)計(jì)介紹

XiPAF利用三階共振和RF-KO實(shí)現(xiàn)束流慢引出，XiPAF同步環(huán)的布局圖如圖1所示。

圖1 XiPAF同步環(huán)布局Fig.1 Layout of the XiPAF synchrotron

引出前，將同步環(huán)的水平工作點(diǎn)調(diào)至三階共振點(diǎn)附近，在同步環(huán)上對(duì)稱放置2塊極性相反的共振六極鐵(SR)用于驅(qū)動(dòng)三階共振，在SR的作用下，束流歸一化橫向相空間的相圖會(huì)由圓形逐漸形變成三角形，粒子的相運(yùn)動(dòng)被穩(wěn)定三角形劃分為2個(gè)區(qū)域：三角形內(nèi)部，相軌跡閉合，為穩(wěn)定區(qū)；三角形外部，相軌跡發(fā)散，為非穩(wěn)定區(qū)。穩(wěn)定三角形的面積A為

(1)

其中，q=q0-qres，為同步環(huán)水平工作點(diǎn)到三階共振點(diǎn)的距離；q0為同步環(huán)的水平工作點(diǎn)；qres為三階共振點(diǎn)；S為歸一化的等效六極鐵強(qiáng)度。q越小、S越大，A越小。通常，加速后束流的發(fā)射度小于穩(wěn)定三角形的面積，位于穩(wěn)定區(qū)之內(nèi)，束流并不會(huì)自發(fā)地從穩(wěn)定區(qū)進(jìn)入非穩(wěn)定區(qū)。利用RF-KO激勵(lì)束流使橫向發(fā)射度逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)束流發(fā)射度大于穩(wěn)定三角形的面積后，粒子會(huì)逐漸進(jìn)入非穩(wěn)定區(qū)。進(jìn)入非穩(wěn)定區(qū)的粒子從三角形的頂點(diǎn)沿著分界線向外運(yùn)動(dòng)，隨后進(jìn)入靜電偏轉(zhuǎn)器(ES)被小幅度偏轉(zhuǎn)。在后續(xù)的傳輸過(guò)程中，這部分粒子與循環(huán)束流產(chǎn)生較大分離，在分離較大處安裝引出切割磁鐵(MS)，使分離出的束流受到較強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)，繼而引出同步環(huán)，最終經(jīng)過(guò)高能輸運(yùn)線(HEBT)傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)站用于輻照實(shí)驗(yàn)。……