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用于质子治疗的230 MeV超导回旋加速器人身安全联锁系统设计
1
作者 侯世刚 周易 +6 位作者 刘传业 贾先禄 张天爵 蔡红茹 周洪吉 潘高峰 王川 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第3期303-309,共7页
中国原子能科学研究院目前正在研制230 MeV超导质子回旋加速器及其治疗后端装备,为了保证质子治疗过程中,回旋加速器的运行维护人员和公众免受潜在电离辐射的伤害,设计了一套由安全控制器、现场设备和上位计算机组成的三层式结构的人身... 中国原子能科学研究院目前正在研制230 MeV超导质子回旋加速器及其治疗后端装备,为了保证质子治疗过程中,回旋加速器的运行维护人员和公众免受潜在电离辐射的伤害,设计了一套由安全控制器、现场设备和上位计算机组成的三层式结构的人身安全联锁系统。本文阐述了230 MeV超导回旋加速器安全联锁系统的设备组成和联锁逻辑,采用PILZ故障安全型PLC模块,以及相应的软件程序,实现了人身安全联锁功能,并设计了上位控制和监测界面。本人身安全联锁系统已开发完成,进行了总体联调与试运行,达到了设计要求。 展开更多
关键词 超导回旋加速器 人身安全联锁 故障安全型PLC 辐射安全
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2 GeV等时性加速器散焦磁铁的1∶4比例模型线圈低温系统研制
2
作者 周洪吉 付伟 +11 位作者 王川 王国彪 李建晖 朱晓锋 张素平 靳昭军 林军 汪洋 蔡红茹 刘景源 贾运胜 张天爵 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第1期231-238,共8页
为了掌握大范围交变梯度高温超导磁铁设计、内凹螺旋形结构的高温超导磁体绕制固定等技术,验证关键技术可行性,中国原子能科学研究院(CIAE)启动了FDF聚焦结构中散焦磁铁的1∶4比例高温超导磁铁研制。为此设计并研制了以小型GM制冷机为... 为了掌握大范围交变梯度高温超导磁铁设计、内凹螺旋形结构的高温超导磁体绕制固定等技术,验证关键技术可行性,中国原子能科学研究院(CIAE)启动了FDF聚焦结构中散焦磁铁的1∶4比例高温超导磁铁研制。为此设计并研制了以小型GM制冷机为冷源的一种冷箱与超导线圈恒温器一体式的氦气循环系统,该系统由2台GM制冷机提供冷量,一台常温循环泵实现氦气循环,整个系统在提供足够的制冷量的前提下,能够确保高温超导线圈的温度均匀分布。该系统可将1∶4比例高温超导线圈最低冷却到25.3 K,完成了超导线圈载流性能的测试和超导线圈磁场特性测试,达到了设计的工作电流和最高磁场。验证了大型无绝缘、干式高温超导线圈在真空状态下采用氦气循环传导冷却方案的可行性,并验证了磁体与低温系统长期稳定运行性能,为新一代等时性高功率固定场交变梯度(FFAG)加速器磁聚焦结构的研制奠定了基础。 展开更多
关键词 FFAG加速器 高温超导线圈 氦气冷却
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CIAE回旋加速器及应用综述 被引量：12
3
作者 张天爵 樊明武 +4 位作者 安世忠 王川 李明 裴士伦 吕银龙 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期275-292,共18页
回旋加速器是中国原子能科学研究院(CIAE)自建院初期就开始重点发展的技术,70年来,为CIAE多学科、多应用领域取得辉煌业绩,做出了历史性的贡献。本文重点介绍CIAE已掌握、并在国际上有一定影响力的紧凑型强流加速器技术和束流动力学并... 回旋加速器是中国原子能科学研究院(CIAE)自建院初期就开始重点发展的技术,70年来,为CIAE多学科、多应用领域取得辉煌业绩,做出了历史性的贡献。本文重点介绍CIAE已掌握、并在国际上有一定影响力的紧凑型强流加速器技术和束流动力学并行计算技术等两项关键技术,以及高温超导和高Q值谐振腔等两项目前正在攻关、决战“十四五”的前瞻性技术;总结CIAE目前回旋加速器的型谱化产品;详述回旋加速器在国家安全、健康中国、科学前沿等领域的重大应用及前景。 展开更多
关键词 回旋加速器 强流质子加速器 紧凑结构 FFAG
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中国原子能科学研究院强流回旋加速器若干先进技术研究进展 被引量：11
4
作者 张天爵 姚红娟 +12 位作者 殷治国 安世忠 钟俊晴 魏素敏 杨建俊 王川 贾先禄 管锋平 侯世刚 张素平 纪彬 毕远杰 无 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第B12期129-146,共18页
本文主要介绍了中国原子能科学研究院自2000年以来在强流回旋加速器领域的研究工作进展和到目前为止所掌握的一些强流回旋加速器的关键技术,内容涉及强流回旋加速器物理,强流负氢束的产生、调节、控制与诊断技术,先进磁工艺技术,大功率... 本文主要介绍了中国原子能科学研究院自2000年以来在强流回旋加速器领域的研究工作进展和到目前为止所掌握的一些强流回旋加速器的关键技术,内容涉及强流回旋加速器物理,强流负氢束的产生、调节、控制与诊断技术,先进磁工艺技术,大功率高稳定度高频技术,真空技术,回旋加速器综合试验技术等。 展开更多
关键词 回旋加速器 强流束流动力学 高频 真空
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紧凑型回旋加速器物理问题及调束技术 被引量：5
5
作者 张天爵 姚红娟 +5 位作者 李振国 管锋平 温立鹏 解怀东 安世忠 杨建俊 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期104-108,共5页
介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信... 介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题,如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术,包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中,为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极,为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题,采用变气隙技术,从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究,结果表明,CYCIAE-100的极限流强为10mA。 展开更多
关键词 束流动力学 束流诊断 空间电荷效应 径向探针 紧凑型回旋加速器
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中国原子能科学研究院回旋加速器创新与发展60年 被引量：5
6
作者 张天爵 吕银龙 +5 位作者 王川 贾先禄 葛涛 李明 殷治国 樊明武 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2023-2030,共8页
中国原子能科学研究院(CIAE)自1958年首台回旋加速器成功出束以来,已经历了60余年的回旋加速器创新与发展,并由此带动了我国核科学技术基础研究和应用技术的发展。本文在简要回顾回旋加速器前30年发展历程的基础上,重点阐述后30年围绕... 中国原子能科学研究院(CIAE)自1958年首台回旋加速器成功出束以来,已经历了60余年的回旋加速器创新与发展,并由此带动了我国核科学技术基础研究和应用技术的发展。本文在简要回顾回旋加速器前30年发展历程的基础上,重点阐述后30年围绕紧凑型回旋加速器的科技创新和应用,主要包括100MeV强流质子回旋加速器、医用小型回旋加速器、质子治疗超导回旋加速器及高功率等时性圆型加速器等多种先进的质子加速器研发。 展开更多
关键词 强流质子回旋加速器 紧凑结构 FFAG
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串列加速器升级工程的计算机控制系统方案设计 被引量：3
7
作者 张天爵 李振国 +6 位作者 殷治国 侯世刚 葛涛 储诚节 吴隆诚 崔保群 关遐龄 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期188-192,共5页
描述了中国原子能科学研究院计划建设的串列加速器升级工程的特点,各主要设备的平面布置,以及对控制系统的基本要求,在此基础上完成了控制系统的方案设计,并建立软、硬件的实验平台,对部分设备开展了预先研究工作。
关键词 串列回旋加速器 放射性核束装置 计算机控制 系统设计
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强流回旋加速器静电注入偏转板设计方法研究 被引量：5
8
作者 张天爵 樊明武 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第5期399-404,共6页
从离子在回旋加速器静电注入偏转板中的运动方程出发，对注入偏转板完成了计算机辅助设计，并给出辅助加工数据。计算设计和束流仿真过程全部在ＰＧ－４８６微机上完成，形成一个注入偏转板设计软件包，并且可以与已开发的＂智能化回旋... 从离子在回旋加速器静电注入偏转板中的运动方程出发，对注入偏转板完成了计算机辅助设计，并给出辅助加工数据。计算设计和束流仿真过程全部在ＰＧ－４８６微机上完成，形成一个注入偏转板设计软件包，并且可以与已开发的＂智能化回旋加速器主磁铁ＣＡＥ系统＂配套使用，使回旋加速器的整机开发前进了一步。 展开更多
关键词 回旋加速器 静电注入偏转板 CAD
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加速器电磁元件设计微机软件库的初步研制 被引量：1
9
作者 张天爵 樊明武 +3 位作者 张满怀 黄继杰 戴晓明 储诚节 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期266-269,共4页
描述了加速器电磁元件设计的微机软件库初步研制工作 ,包括POISSON/SUPERFISH、RE LAX 3D、TRANSPORT、RAYTRACE、MAD、PARMELA系统软件和软件包的移植、开发 ,以及自行开发的软件DE2D、DE3D、CYCCAE、CYCCEN的整理工作。
关键词 加速器 电磁元件 设计 微机软件库
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智能化回旋加速器主磁铁CAE系统的研制及应用 被引量：1
10
作者 张天爵 陈勇 樊明武 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 1993年第1期77-83,8,共7页
阐述了一种回旋加速器主磁铁的CAE方法,基于该方法在VAX—11/780上所形成的CAE系统,具有可移植性好的特点,目前已成功地移植到PC—386微机上。智能化的CAD工作,在专家经验知识库的帮助下,使一般的设计者,也能得到高水平的磁铁结构;磁场... 阐述了一种回旋加速器主磁铁的CAE方法,基于该方法在VAX—11/780上所形成的CAE系统,具有可移植性好的特点,目前已成功地移植到PC—386微机上。智能化的CAD工作,在专家经验知识库的帮助下,使一般的设计者,也能得到高水平的磁铁结构;磁场分析基于多次考验过的磁场数值计算程序,束流动力计算经过实际考验;CAM工作是根据现有数控车床的具体要求,将设计结果转换成必要的加工数控数据,并能根据实际测磁结果,以形成等时性磁场为目标,计算出叶片修改量并输出数控数据,指导整个磁铁加工过程。应用该CAE系统设计的回旋加速器主磁铁,结构与目前国际上回旋加速器的结构十分接近,运行功耗有所下降。 展开更多
关键词 回旋加速器 主磁铁 磁铁系统
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加速器中的三维磁铁CAD系统及其初步应用 被引量：1
11
作者 张天爵 樊明武 +1 位作者 高叔阳 汪达基 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1991年第4期1-7,共7页
文章叙述了一个三维磁铁CAD系统MCAD,其前处理软件能灵活地对各种三维场域进行自动剖分,形成三棱柱单元;基于双标量位法的磁场分析软件,同时采用了直接迭代和NEWTON-RAPHSON迭代,较好地解决了非线性情况下收敛速度慢的问题;后处理软件... 文章叙述了一个三维磁铁CAD系统MCAD,其前处理软件能灵活地对各种三维场域进行自动剖分,形成三棱柱单元;基于双标量位法的磁场分析软件,同时采用了直接迭代和NEWTON-RAPHSON迭代,较好地解决了非线性情况下收敛速度慢的问题;后处理软件除了能显示磁场强度外,还可计算和显示带电粒子在空间的运动轨迹、各典型场区的相图、加速过程中粒子的滑相情况以及其它物理参数,使得MCAD能更好地满足加速器领域三维磁铁CAD的要求。最后绘出MCAD的检验和应用实例,说明MCAD具有目前国际上通用有限元法计算三维静磁场的计算精度,能适应实际设计的需要。 展开更多
关键词 加速器 磁铁 CAD 有限单元 三棱柱
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20～100MeV紧凑型回旋加速器轴向注入系统实验台架的物理设计 被引量：1
12
作者 张天爵 樊明武 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 2002年第3期257-261,共5页
建立 2 0～ 1 0 0MeV紧凑型回旋加速器轴向注入系统实验台架 ,用以进行提高回旋加速器的注入流强与效率的实验研究。在该实验台架的物理设计与元件设计中 ,主要考虑H- 束从离子源引出后传输到回旋加速器中心区的输运线元件选用、物理参... 建立 2 0～ 1 0 0MeV紧凑型回旋加速器轴向注入系统实验台架 ,用以进行提高回旋加速器的注入流强与效率的实验研究。在该实验台架的物理设计与元件设计中 ,主要考虑H- 束从离子源引出后传输到回旋加速器中心区的输运线元件选用、物理参数匹配计算、物理元件设计等问题。设计对象是2 2MeV和 70MeV回旋加速器的轴向注入系统 ,并将两者的布局、元件及几何尺寸、物理参数的选取统一 ,以便于实验台架的建立 ,从而形成适应性强的强流回旋加速器轴向注入系统。整个系统只需做少量调整就可满足能量为 2 0～ 1 0 0MeV的回旋加速器注入要求。 展开更多
关键词 轴向注入系统 实验台架 物理设计 回旋加速器 束流光学
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三维网格的自动剖分与图形显示
13
作者 张天爵 樊明武 +3 位作者 繆一心 李运乾 颜威利 应晓云 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 1992年第1期59-63,共5页
求解表述各类边值问题的偏微分方程,有限元法定一种较有效的数值解法。文章描述了三维有限元计算常用的两种有限元——三棱柱单元和六面体等参元的自动生成原理,建立了相应的数据前处理软件。该软件采用了适当的图形处理方法,克服了应... 求解表述各类边值问题的偏微分方程,有限元法定一种较有效的数值解法。文章描述了三维有限元计算常用的两种有限元——三棱柱单元和六面体等参元的自动生成原理,建立了相应的数据前处理软件。该软件采用了适当的图形处理方法,克服了应用有限元法的困难,只需直观地输入较少量的数据,就可形成有限元分析所需的各类信息,并能对剖分结果进行多种形式的二维和三维图形显示。 展开更多
关键词 有限元分析 自动剖分 图形显示 三维网格
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紧凑型X-pinch装置探头标定 被引量：6
14
作者 邹俭 王川 +3 位作者 郑侠 曾乃工 张天爵 姜兴东 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1687-1691,共5页
介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒,构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电... 介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒,构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,同时这两个探头需要进行在线标定。实验研究结果表明,该探头性能稳定、响应快,是测量负载电流与电压的理想工具。 展开更多
关键词 传输线 电容分压器 金属膜 探头 阻抗变换器 回流器
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紧凑型X箍缩脉冲功率发生器 被引量：6
15
作者 邹俭 王川 +2 位作者 郑侠 张天爵 姜兴东 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期663-667,共5页
为研究丝阵负载对X箍缩的影响,设计了一台紧凑型脉冲功率发生器。介绍了该脉冲功率发生器的设计及初步实验。根据装置的结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载内筒,构成回路测量负载电流的探头。结果表明:在对Marx电容器充... 为研究丝阵负载对X箍缩的影响,设计了一台紧凑型脉冲功率发生器。介绍了该脉冲功率发生器的设计及初步实验。根据装置的结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载内筒,构成回路测量负载电流的探头。结果表明:在对Marx电容器充电60kV时,输出电流峰值117kA,脉宽60ns,上升沿22ns,该装置已经成功箍缩出X射线。 展开更多
关键词 X箍缩 紧凑型 脉冲功率发生器 MARX发生器
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10MeV强流回旋加速器的束流调试 被引量：5
16
作者 李振国 吴隆成 +10 位作者 葛涛 姚红娟 纪彬 殷治国 管锋平 侯世刚 张天爵 钟俊晴 邢建升 吕银龙 潘高峰 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期588-594,共7页
10MeV强流回旋加速器在中国原子能科学研究院研制成功,并取得了先进的束流指标。它是国内自主研发的首台紧凑型强流回旋加速器,具有多项技术特点。在其建造、调试过程中解决了诸多技术问题,作为一个回旋加速器综合实验装置,它不但为在建... 10MeV强流回旋加速器在中国原子能科学研究院研制成功,并取得了先进的束流指标。它是国内自主研发的首台紧凑型强流回旋加速器,具有多项技术特点。在其建造、调试过程中解决了诸多技术问题,作为一个回旋加速器综合实验装置,它不但为在建的100MeV回旋加速器提供了设计验证手段,而且也是强流回旋加速器关键部件的综合实验平台。它的建造成功,为小型回旋加速器的国产化提供了技术保证,为推广加速器在我国核医学领域的应用创造了条件。本文将重点介绍它的调试过程、解决的关键问题及调试结果。 展开更多
关键词 强流回旋加速器 H-离子源 高频谐振腔 束流强度
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100MeV紧凑型回旋加速器主磁铁的三维磁场有限元分析技术 被引量：4
17
作者 钟俊晴 张天爵 +1 位作者 杨建俊 储诚节 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期110-113,共4页
100 MeV紧凑型回旋加速器主磁铁的几何结构十分复杂,但为了形成加速器束流动力学所要求的磁场分布,本文对初步设计的磁铁进行必要的简化。综合采用各种适当的三维有限元网格剖分技术,对该磁铁的磁场进行数值分析,计算精度满足加速器物... 100 MeV紧凑型回旋加速器主磁铁的几何结构十分复杂,但为了形成加速器束流动力学所要求的磁场分布,本文对初步设计的磁铁进行必要的简化。综合采用各种适当的三维有限元网格剖分技术,对该磁铁的磁场进行数值分析,计算精度满足加速器物理设计的要求。 展开更多
关键词 回旋加速器 磁铁 加速器物理 剖分 磁场分布 几何结构 三维磁场 束流动力学 初步设计
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天光Ⅱ-B强流脉冲电子加速器的设计 被引量：4
18
作者 邹俭 曾乃工 +2 位作者 王川 张天爵 姜兴东 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期875-879,共5页
为了驱动X箍缩负载,在天光Ⅱ-A的Marx油箱侧面建立了一条新的实验线路天光Ⅱ-B。它在保留装置原有泵浦激光能力的基础上,还可进行X-pinch相关实验研究,达到了一器两用的目的。天光Ⅱ-B主要由Marx发生器、脉冲形成线、主开关、脉冲传输... 为了驱动X箍缩负载,在天光Ⅱ-A的Marx油箱侧面建立了一条新的实验线路天光Ⅱ-B。它在保留装置原有泵浦激光能力的基础上,还可进行X-pinch相关实验研究,达到了一器两用的目的。天光Ⅱ-B主要由Marx发生器、脉冲形成线、主开关、脉冲传输线和负载构成,形成线工作介质为去离子水,形成线特征阻抗6Ω,传输线采用变阻抗线设计,负载特征阻抗1.25Ω。本文介绍了天光Ⅱ-B新线的设计、全电路模拟及在电阻负载下的调试结果。模拟和调试结果显示,天光Ⅱ-B装置在负载电阻为1.25Ω时,负载上的电流峰值约269kA,脉宽约50ns,电流上升时间小于30ns。以上结果证实,天光Ⅱ-B具有驱动低阻抗X-pinch实验线路的能力。 展开更多
关键词 天光Ⅱ-B 电子加速器 MARX发生器 脉冲形成线 脉冲传输线
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天光Ⅱ-B装置的诊断刻度 被引量：4
19
作者 邹俭 曾乃工 +2 位作者 王川 张天爵 姜兴东 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期1502-1505,共4页
设计并制作了天光Ⅱ-B脉冲功率装置的电流电压诊断设备,根据天光Ⅱ-B脉冲功率装置的同轴传输线结构特点,在传输线末端设置了用于测量负载电压的电容分压器。利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒构成回流来测量负载的电流,并利用电路模... 设计并制作了天光Ⅱ-B脉冲功率装置的电流电压诊断设备,根据天光Ⅱ-B脉冲功率装置的同轴传输线结构特点,在传输线末端设置了用于测量负载电压的电容分压器。利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒构成回流来测量负载的电流,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,两个诊断探头采取直接标定的方法,测定电容分压器的分压比和回流器的灵敏度。实验结果表明,该探头性能稳定、时间响应快、功率负荷大,是测量脉冲电流与电压的一种理想工具。 展开更多
关键词 传输线 标定 电容分压器 金属膜 探头
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100MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统 被引量：4
20
作者 贾先禄 张天爵 +5 位作者 王峰 吕银龙 魏素敏 毕远杰 宋国芳 解怀东 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期977-980,共4页
中国原子能科学研究院正在建造一台100MeV,200μA的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍... 中国原子能科学研究院正在建造一台100MeV,200μA的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。 展开更多
关键词 回旋加速器 束流输运线 束流调试靶 局部屏蔽
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