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介质壁加速器用固态脉冲形成线设计与实验 被引量:5
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作者 谌怡 刘毅 +10 位作者 陈莹 王卫 夏连胜 张篁 潘海峰 吕璐 张文斌 朱隽 石金水 章林文 邓建军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期275-279,共5页
设计和研制了一种CaO-TiO2-Al2O3复合陶瓷平板固态脉冲形成线,以期用于介质壁加速器。该脉冲形成线的几何参数为:陶瓷介质长度300mm,宽度15mm,厚度1mm;银电极长度280mm,宽度2mm。电性能参数为:相对介电常数约23.5,特征阻抗约26Ω,电长度... 设计和研制了一种CaO-TiO2-Al2O3复合陶瓷平板固态脉冲形成线,以期用于介质壁加速器。该脉冲形成线的几何参数为:陶瓷介质长度300mm,宽度15mm,厚度1mm;银电极长度280mm,宽度2mm。电性能参数为:相对介电常数约23.5,特征阻抗约26Ω,电长度约4.5ns,直流耐压场强大于20kV/mm,在μs量级上升时间的脉冲电压下绝缘强度大于25kV/mm。该固态脉冲形成线设计兼顾了光导开关的使用要求、高梯度绝缘子的设计指标、带电粒子束的输运及加速器的结构设计要求。结合GaAs光导开关,开展了固态Blumlein脉冲形成线实验研究工作,在脉冲充电电压约25kV的条件下,固态Blumlein脉冲形成线实现脉冲电压输出约23kV。 展开更多
关键词 介质壁加速器 固态脉冲形成线 复合陶瓷 Blumlein脉冲形成线 光导开关
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介质壁加速器关键技术 被引量:4
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作者 章林文 夏连胜 +3 位作者 谌怡 王卫 刘毅 张篁 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1769-1775,共7页
质子放射用于放射肿瘤治疗有良好效果,需要用到质子加速器。介质壁加速器(DWA)是一种基于固态脉冲形成线、光导开关和绝缘介质壁等关键技术为一体的新概念直线加速器,可用于质子肿瘤治疗。为此,介绍了研发新型医疗加速器的必要和介质壁... 质子放射用于放射肿瘤治疗有良好效果,需要用到质子加速器。介质壁加速器(DWA)是一种基于固态脉冲形成线、光导开关和绝缘介质壁等关键技术为一体的新概念直线加速器,可用于质子肿瘤治疗。为此,介绍了研发新型医疗加速器的必要和介质壁加速器用于肿瘤治疗的优势:质子用于肿瘤治疗时,有明确的射程,可以使辐射剂量主要沉淀在肿瘤区域,提高治疗效果,降低对非肿瘤区正常组织的伤害;介质壁加速器加速梯度最高可达100 MV/m,可以有效实现加速器的小型化、紧凑化,降低建造以及运行维护成本。此外,重点介绍了中国工程物理研究院流体物理研究所在介质壁加速器关键技术研究所取得的进展,包括固态脉冲形成线技术,高梯度绝缘介质壁技术,光导开关及其触发技术,以及一种300 k V的脉冲功率源等。 展开更多
关键词 介质壁加速器 质子 肿瘤治疗 固态脉冲形成线 高梯度绝缘子 光导开关
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介质壁加速器高梯度绝缘子研制 被引量:5
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作者 何佳龙 陈思富 +5 位作者 朱隽 夏连胜 石金水 章林文 刘尔祥 吕璐 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期3004-3008,共5页
与普通绝缘子相比,高梯度绝缘子(HGI)的金属层与绝缘介质层交替排列结构可以抑制真空沿面闪络过程,从而提高沿面闪络场强。使用不同绝缘介质材料和金属材料采用不同加工制备工艺制备的HGI样品其沿面闪络场强差别较大。对所制备的绝缘介... 与普通绝缘子相比,高梯度绝缘子(HGI)的金属层与绝缘介质层交替排列结构可以抑制真空沿面闪络过程,从而提高沿面闪络场强。使用不同绝缘介质材料和金属材料采用不同加工制备工艺制备的HGI样品其沿面闪络场强差别较大。对所制备的绝缘介质层分别为聚酰亚胺、交联聚苯乙烯和尼龙,金属层为不锈钢箔,形状分别为圆柱与圆环型的HGI样品进行了真空沿面耐压测试,并对相同尺寸的纯绝缘介质样品进行了对照实验,得到了不同材料不同制备工艺HGI样品的耐压性能差异。结合样品表面显微照片观察得到的样品表面状况,分析了影响样品沿面闪络场强的因素。 展开更多
关键词 沿面闪络 高梯度绝缘子 介质壁加速器 耐压强度
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介质壁加速器加速场建立过程中波传输分析 被引量:1
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作者 赵全堂 袁平 +3 位作者 张子民 曹树春 申晓康 赵红卫 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1629-1634,共6页
介绍了介质壁加速器(DWA)的原理和几种可能实现的结构。通过对多层介质圆柱的平面波电磁散射的研究,用FORTRAN语言编写程序计算和分析了DWA加速管三层介质柱体结构的平面波电磁散射的散射宽度与几何结构参数、材料参数的关系,用以优化... 介绍了介质壁加速器(DWA)的原理和几种可能实现的结构。通过对多层介质圆柱的平面波电磁散射的研究,用FORTRAN语言编写程序计算和分析了DWA加速管三层介质柱体结构的平面波电磁散射的散射宽度与几何结构参数、材料参数的关系,用以优化设计介质壁加速管结构。计算结果表明:当加速管材料和等势环介电常数一定时,平面波电磁散射宽度随半径增大而增大;当加速管内外径一定时,加速管材料和等势环介电常数增大时散射宽度变化不明显,但最小散射宽度显著减小。当加速管半径和材料一定时,总能找到使散射宽度达到最小的等势环介质厚度。 展开更多
关键词 介质壁加速器 加速管结构 介质圆柱散射 散射宽度 能量耦合效率
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介质壁加速器尾场阻抗的模拟计算 被引量:1
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作者 徐蓉 严萍 +1 位作者 张适昌 王珏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期909-912,共4页
为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场... 为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场阻抗。从模拟的结果来看,x,y方向的尾场势和尾场阻抗都很小,束流尾场对横向的影响比较小。z方向的尾场势和尾场阻抗影响较大,尾场阻抗达到100Ω量级。证明了由于介质壁加速器结构在加速腔长度和束流通过路径的连续性方面都具有很大的优势,横向阻抗小,束流尾场效应在束流不稳定性方面的影响相对较小,束流传输时的要求也会降低。 展开更多
关键词 介质壁加速器 尾场 尾场势 尾场阻抗 有限积分法
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三腔介质壁质子加速器时序优化模拟及设计
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作者 杨超 夏连胜 +5 位作者 王卫 刘毅 谌怡 叶茂 张篁 邓建军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期179-183,共5页
采用自主研发的三维粒子模拟软件对三腔介质壁加速器进行系统仿真,在此基础上,计算三个腔质子的渡越时间并实现腔体间的时序优化设计。外加电压峰值100kV,顶宽1ns,半高宽10ns,绝缘微堆厚度2.0cm,质子初始束能40keV,加速电极添加钨网,模... 采用自主研发的三维粒子模拟软件对三腔介质壁加速器进行系统仿真,在此基础上,计算三个腔质子的渡越时间并实现腔体间的时序优化设计。外加电压峰值100kV,顶宽1ns,半高宽10ns,绝缘微堆厚度2.0cm,质子初始束能40keV,加速电极添加钨网,模拟结果显示:当电压持续6.5ns时,进入高梯度绝缘微堆的H^+通过第一腔能得到最大加速效率90.84%,相应的渡越时间为5.668ns;当第二腔电压触发落后第一腔4.5ns时,H^+通过第二腔获得最大加速效率94.77%,相应的渡越时间为3.545ns;当第三腔电压触发落后第二腔3.0ns时,H^+通过第三腔获得最大加速效率97.30%,相应的渡越时间为3.018ns;最大能量H^+渡越三个腔体的总时间为12.231ns,H^+总体加速效率94.31%;当质子束中心进入第一腔时刻落后脉冲电压触发6.5ns,且一二腔和二三腔电压触发延时分别为4.5ns和3.0ns情形下,能将2.5ns长度的质子束中的H^+实现90%以上的加速,4.0ns长度的质子束中的H^+实现80%以上的加速。 展开更多
关键词 三腔介质壁加速器 电磁粒子模拟 延时优化 加速效率
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介质壁直线加速器加速单元间的电路耦合及解耦 被引量:1
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作者 谌怡 张篁 +6 位作者 刘毅 王卫 叶茂 夏连胜 石金水 章林文 邓建军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期79-83,共5页
中国工程物理研究院流体物理研究所研发的介质壁直线加速器是基于固态脉冲形成线、GaAs光导开关和高梯度绝缘介质壁三项关键技术的新型直线脉冲加速器。在加速器调试阶段,测量出获得加速的质子束流能量远低于预期值,在排除功率源负载能... 中国工程物理研究院流体物理研究所研发的介质壁直线加速器是基于固态脉冲形成线、GaAs光导开关和高梯度绝缘介质壁三项关键技术的新型直线脉冲加速器。在加速器调试阶段,测量出获得加速的质子束流能量远低于预期值,在排除功率源负载能力因素之后,发现脉冲功率源因连接回路引起的电路耦合效应是导致束流能量低的主要原因。基于介质壁直线加速器加速单元放电回路结构的分析,确认了加速单元之间的电路耦合的必然性。并通过测量回路电流,研究了几种不同工作模式下的电路耦合效应。结合电路耦合的特点,给出了两种基于磁芯隔离的解耦方法,并测量了这两种方法的解耦效率。 展开更多
关键词 介质直线加速器 加速单元 电路耦合 解耦
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介质壁加速腔加速结构优化
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作者 叶茂 张篁 +6 位作者 刘毅 王卫 谌怡 杨超 夏连胜 石金水 章林文 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期161-165,共5页
为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场,提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张,提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真,分析了不... 为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场,提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张,提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真,分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明:添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构,轴向加速电场强度提高20%,同时径向电场得到有效抑制;栅网结构下,被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制;在相同的加速长度下加速H+3粒子,栅网结构得到的能量增益提高了一倍。 展开更多
关键词 介质壁加速器 金属栅网结构 场分布 束包络 数值仿真
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绝缘微堆质子直线加速器关键技术研究进展
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作者 章林文 夏连胜 +8 位作者 谌怡 何佳龙 王卫 刘毅 张篁 朱隽 陈思富 石金水 邓建军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期13-17,共5页
基于绝缘微堆技术的直线加速器由于其能够实现较高的粒子加速梯度,尤其在质子加速及肿瘤治疗领域的优势得到高度关注。目前该种加速器处于研发阶段,有一系列技术和工程问题有待解决。介绍了课题组在过去的两年里围绕建立一台1 MeV质子... 基于绝缘微堆技术的直线加速器由于其能够实现较高的粒子加速梯度,尤其在质子加速及肿瘤治疗领域的优势得到高度关注。目前该种加速器处于研发阶段,有一系列技术和工程问题有待解决。介绍了课题组在过去的两年里围绕建立一台1 MeV质子注入器原型样机在固态脉冲功率系统、绝缘微堆及质子束源等方面取得的研究进展。实现了耐压梯度接近20 MV/m的环形绝缘微堆样品,样品内径30 mm,外径50mm,厚度15mm,基本达到设计要求;固态脉冲功率系统实现了光导开关多路稳定工作模式,开关直流偏置耐压达到20kV,采用激光二极管触发同步系统在15路同步时实现了低于1ns的抖动,输出300kV的电压脉冲,输出电压脉冲宽度10ns;进行了低能质子加速束流动力学的初步分析和模拟工作,模拟结果表明采用微堆结构可以实现质子束的有效加速和传输。 展开更多
关键词 绝缘微堆 固态脉冲高压系统 质子束源 介质壁加速器
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非匹配负载固态平板Blumlein线的初步设计与输出性能研究
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作者 张迎鹏 祁建敏 叶明天 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2419-2427,共9页
为满足强流介质壁加速器对高倍压比脉冲形成线的研制需求,设计了一种非匹配负载平板固态脉冲形成线(Blumlein线)。首先使用电磁仿真程序研究了平板Blumlein线各参数对输出脉冲宽度的影响,设计并研制了4种形成线进行实验验证;其次利用仿... 为满足强流介质壁加速器对高倍压比脉冲形成线的研制需求,设计了一种非匹配负载平板固态脉冲形成线(Blumlein线)。首先使用电磁仿真程序研究了平板Blumlein线各参数对输出脉冲宽度的影响,设计并研制了4种形成线进行实验验证;其次利用仿真与实验结合,分析了层叠Blumlein线输出性能下降的主要原因,并提出解决方法;最后对多级Blumlein线的输出性能进行了仿真研究。结果表明:薄平板形成线在非匹配负载工作状态下的耦合作用影响显著,是导致层叠Blumlein线输出性能下降的主要原因;采用对向堆叠结构可有效降低耦合作用、提高波形质量,对向堆叠的20级层叠Blumlein线在1 V输入下可输出峰值33 V、脉宽154 ns的长脉冲,平均倍压比大于1.6,波动±3%的平顶占比37.3%。多级Blumlein线的仿真结果表明,设计的S型平板Blumlein线在多级叠加下具有较好的非匹配负载输出性能,可满足强流介质壁加速器的需求。 展开更多
关键词 介质壁加速器 固态脉冲形成线 非匹配负载 Blumlein线 耦合电容
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小间隙异面电极结构的光导开关 被引量:7
11
作者 王卫 夏连胜 +2 位作者 谌怡 刘毅 邓建军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1261-1264,共4页
介绍了应用于介质壁加速器的小间隙异面电极结构的光导开关。所用光导开关为异面结构的砷化镓(GaAs)光导开关,电极间隙5mm,偏置电压为15~22kV脉冲高压,工作在非线性(高增益)模式,由半导体激光器产生的脉冲激光触发。脉冲激光的中心波长... 介绍了应用于介质壁加速器的小间隙异面电极结构的光导开关。所用光导开关为异面结构的砷化镓(GaAs)光导开关,电极间隙5mm,偏置电压为15~22kV脉冲高压,工作在非线性(高增益)模式,由半导体激光器产生的脉冲激光触发。脉冲激光的中心波长为905nm,脉冲宽度(FWHM)约20ns,前沿约3.1ns,抖动小于200ps,峰值功率约90W。实验结果表明:光导开关的偏置电压较低时,开关寿命较长,导通性能较差;偏置电压较高、驱动脉冲激光功率较大时,开关导通性能较好,寿命较短。 展开更多
关键词 介质壁加速器 光导开关 半导体激光器 脉冲激光 非线性模式
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