專利名稱：：一種組合加速結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種組合加速結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種組合射頻四極場加速器和分離作用射頻四極場加速器的共振一腔結(jié)構(gòu)。屬于核科學(xué)及核
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：RFQ(射頻四極場，RadioFrequencyQuadrupole，簡稱RFQ)加速器是強(qiáng)流直線加速器低能端廣泛使用的關(guān)鍵部件。但隨著加速離子能量的提高，常規(guī)的RFQ加速器的加速效率顯著降低。實(shí)驗(yàn)證明北京大學(xué)先前發(fā)明的分離作用射頻四極場(S印aratedFunctionRadioFrequencyQuadrupole,簡稱SF:RFQ)在注入器高能端的加速效率明顯高于常規(guī)的RFQ，但仍需以后者做注入器，請(qǐng)參見中國專利98119331.5和200510012217.5。為此就需要兩臺(tái)射頻功率源，還要在兩者之間加入電磁匹配元件，通過匹配原件的途徑實(shí)現(xiàn)加速束流在兩者之間的過渡。這不僅增加了整個(gè)加速器的造價(jià)和長度，而且往往由于束流橫向和縱向的匹配之間的失衡，導(dǎo)致整體束流傳輸效率的嚴(yán)重下降。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種新的組合加速結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出射頻四極場(RFQ)和分離作用射頻四極場(SFRFQ)共振腔-體化加速器結(jié)構(gòu),在一個(gè)諧振腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)RFQ與SFRFQ之間直接對(duì)接，既可減少射頻功率源器件，省去電磁匹配元件，縮短整體長度，還可避免束流橫向和縱向的失配損失，從而實(shí)現(xiàn)加速效率的突破。具體來說，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案--種組合加速結(jié)構(gòu)，包括射頻四極場部分和分離作用射頻四極場部分，其特征在于所述射頻四級(jí)場和分離作用射頻四級(jí)場在同一諧振腔內(nèi)直接連接，且中心軸線同軸。所述射頻四極場和分離作用射頻四極場部分優(yōu)選通過電容耦合的方式在同一諧振腔內(nèi)諧振。為了實(shí)現(xiàn)所述中軸線同軸，所述射頻四級(jí)場和分離作用射頻四級(jí)場可采用相同的支撐方式，比如均通過一對(duì)中心對(duì)稱的支撐部件--和支撐部件二支撐,所述支撐部件-和支撐部件二均包括一短臂和一長臂。如圖1所示，經(jīng)過RFQ聚束的束團(tuán)，直接過渡到加速效率很高的SFRFQ結(jié)構(gòu)中，省去了RFQ與后加速結(jié)構(gòu)之間的匹配和聚焦段，提高了整機(jī)的加速效率，縮短了束線長度；另--方面拓寬了RFQ輸出能量的范圍，為后級(jí)加速器比如IH-DTL、Alvarez等帶來設(shè)計(jì)上的方便。模擬計(jì)算表明，RFQ與SFRFQ—體化組合加速腔可以在同一個(gè)諧振頻率下運(yùn)行。此外，所述射頻四級(jí)場和分離作用射頻四級(jí)場的諧振頻率之間可不完全相同，兩者之間相差10%以內(nèi)是可以接受的，所說的兩者之間相差10%以內(nèi)指的是RFQ的諧振頻率在SFRFQ的諧振頻率的90%110%的范圍內(nèi)，或SFRFQ的諧振頻率在RFQ的諧振頻率的90%110%的范圍內(nèi)。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明不僅可以省去另一套高功率發(fā)射機(jī)及相關(guān)的高頻控制系統(tǒng)，總的高頻功率大大小于兩臺(tái)發(fā)射機(jī)的功率之和，還省去了大功率的電磁透鏡等匹配元件,減少了加速器的整體尺寸和造價(jià)；更因避免了束流縱向與橫向匹配之間的失衡而提高了束流總體輸運(yùn)效率。圖1是本發(fā)明組合加速結(jié)構(gòu)的示意圖，其中卜RFQ;2-S國;3-連接處；4-支撐部件一第一部分；5-支撐部件一第二部分；6-支撐部件二第一部分；7-支撐部件二第二部分。具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。按照如圖1所示的結(jié)構(gòu)將RFQ和SFRFQ組合在一起，并置于諧振腔內(nèi)。同時(shí)將RFQ和SFRFQ的中軸線設(shè)置在同一條線上。:RFQ和SFRFQ采用相同的支撐方式，即RFQ和SFRFQ分別通過支撐部件一和支撐部件二支撐，支撐部件一和支撐部件二相同。支撐部件一和支撐部件二各自包括兩個(gè)中心對(duì)稱的部件，每個(gè)部件包括一短臂和一長臂，兩個(gè)部件的四個(gè)臂各自用于固定四極場的一級(jí)。RFQ和SFRFQ以及諧振腔的具體參數(shù)如下表1所示，其中RFQ和SFRFQ的諧振頻率相同。表1.<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>在該組合結(jié)構(gòu)中，首先由RFQ電極將離子束進(jìn)行橫向匹配、成形、聚束但不進(jìn)行加速段的運(yùn)行，此時(shí)離子束會(huì)有適當(dāng)?shù)哪芰?，以符合SFRFQ的注入要求。然后由加速效率更高的SFRFQ電極替代RFQ電極中的加速段，以達(dá)到在更短的距離內(nèi)將離子束加速到所要的設(shè)計(jì)能量的目的。以加速0+離子為例，電極總長2.55m，其中RFQ電極長1.75m，SFRFQ電極長0.8m。在RFQ部分，0+離子被加速到約0.8MeV;在SFRFQ部分，0+離子繼續(xù)增能0.7MeV，總出口能量達(dá)1.5MeV。和本申請(qǐng)申請(qǐng)人北京大學(xué)在1999年建成出束的一臺(tái)出口能量1MeV常規(guī)RFQ加速器相比，在相同的電極長度下，能量增益提高近50%。權(quán)利要求一種組合加速結(jié)構(gòu)，包括射頻四極場部分和分離作用射頻四極場部分，其特征在于所述射頻四極場和分離作用射頻四極場在同一諧振腔內(nèi)直接連接，且中心軸線同軸。2.如權(quán)利要求1所述的組合加速結(jié)構(gòu)，其特征在于所述射頻四極場和分離作用射頻四極場的支撐方式相同。3.如權(quán)利要求1所述的組合加速結(jié)構(gòu)，其特征在于所述射頻四極場和分離作用射頻四極場均通過一對(duì)中心對(duì)稱的支撐部件-和支撐部件二支撐,所述支撐部件一和支撐部件二均包括一短臂和一長臂。4.如權(quán)利要求l所述的組合加速結(jié)構(gòu)，其特征在于所述射頻四極場和分離作用射頻四極場的諧振頻率相同。5.如權(quán)利要求1所述的組合加速結(jié)構(gòu)，其特征在于所述射頻四極場和分離作用射頻四極場部分通過電容耦合的方式在同一諧振腔內(nèi)諧振。全文摘要本發(fā)明公開了一種組合加速結(jié)構(gòu)，屬于核科學(xué)及核
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明結(jié)構(gòu)包括射頻四極場部分和分離作用射頻四極場部分，所述射頻四極場和分離作用射頻四極場在同一諧振腔內(nèi)直接連接，且中心軸線同軸。所述射頻四極場和分離作用射頻四極場采用相同的支撐方式。本發(fā)明不僅可以省去另一套高功率發(fā)射機(jī)及相關(guān)的高頻控制系統(tǒng)，總的高頻功率大大小于兩臺(tái)發(fā)射機(jī)的功率之和，還省去了大功率的電磁透鏡等匹配元件，減少了加速器的整體尺寸和造價(jià)；更因避免了束流縱向與橫向匹配之間的失衡而提高了束流總體輸運(yùn)效率。文檔編號(hào)H05H7/00GK101720164SQ20091023836公開日2010年6月2日申請(qǐng)日期2009年12月1日優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日發(fā)明者王智,郭之虞,陸元榮,陳佳洱申請(qǐng)人:北京大學(xué)