[实用新型]低能散度梯形射频四极场加速器

说明书

技术领域

本实用新型涉及低能散度梯形射频四极场(IH-RFQ)加速器，属于核技术及应用领域。

背景技术

RFQ(Radio Frequency Quadrupole Accelerator)加速器是70年代由前苏联科学家Kapchinskij和Teplyakov发明的一种新型强流低能直线加速器，广泛应用于离子注入器、中子发生器、散裂中子源等基于加速器的科学装置中。目前已经运行的RFQ加速器有四杆型和四翼型两种。四翼型结构适合加速轻离子，如质子，通常运行在300MHz以上的频率。四杆型RFQ适合加速重离子，有两种结构即传统四杆型结构和传统IH型结构，如图2、图3所示，在传统四杆型RFQ中四根加速电极的电极支撑板均位于腔体下半部，而传统IH型RFQ中电极支撑板在腔体上下部分交替排列，位于腔体上部的支撑板支撑着其中的一对加速电极，下部的电极支撑板支撑着另外一对加速电极。通常传统四杆型RFQ适于运行在100MHz以下的工作频率，而传统IH型RFQ适于工作在几十MHz的频率。对于射频直线加速器而言，大功率的高频发射机是最昂贵的必需设备，一台发射机的价格往往高达几百万乃至几千万元，这也是目前四翼型RFQ在国内乃至世界受到极大限制的主要原因。但是，100～200MHz的高频机不仅尺寸小，维护和使用方便，而且价格相对比较便宜，因此发展100～200MHz的RFQ具有十分重要的意义。

目前已有的传统四杆型RFQ和IH型RFQ适于工作在100MHz以下的频率段，另外由于其加速电极支撑方式的不对称性，致使极间四极场不对称，进而导致相对两加速电极上的电压不相等，传统四杆型和IH型RFQ经过优化其二极场分量难以小于总场的2％和0.5％，这一缺点影响了束流传输的品质。为了减弱这种效应，需要比较复杂的调节过程，这大大增加了RFQ加速器的设计难度。所以需要一种新型RFQ结构，使其适于工作在100～200MHz，且具有完美的极间四极场。

另外传统RFQ的出口束流能散较大(一般为2～3％左右)，影响了其在加速器质谱(AMS)和离子注入器上的应用，所以要对传统束流动力学进行改进，降低RFQ出口束流能散度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了传统四杆型和传统IH型RFQ的上述缺陷，提出了一种低能散度梯形射频四极场加速器。本实用新型提高了加速重离子的RFQ加速器的工作频率。

本实用新型采取了如下技术方案：本实用新型中的加速器包括加速电极、电极支撑板、上底板和下底板。其中：各电极支撑板平行等间距的固定在上底板和下底板之间，加速电极依次从各电极支撑板的中心穿过。

本加速器还包括成对安装的调谐垫块，调谐垫块布置在相邻电极支撑板之间、相对于加速电极对称布置。

本加速器还包括布置在底板和电极支撑板内部的冷却水路。

与现有的RFQ加速器相比，本实用新型具有如下优点：

1)采用加速电极的通体支撑方式，选择RFQ腔体电磁场工作模式为H_21(n)，提高了谐振频率。在相同的横向尺寸和腔芯结构下，梯形IH-RFQ的谐振频率分别是传统四杆型和IH型RFQ的1.3倍和2倍，使其特别适于100MHz以上离子的高效加速。

2)采用完全对称的加速电极通体支撑方式，消除了RFQ极间四极场中的二极场分量，保证了RFQ四极场的完美对称性，从而保证被加速束流的品质。

附图说明

图1本实用新型中的梯形IH-RFQ加速结构；

图2传统四杆型RFQ加速结构示意图；

图3传统IH型RFQ加速结构示意图；

图4本实用新型中的梯形IH-RFQ加速器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型中的梯形IH-RFQ加速器包括上底板1、下底板2、加速电极4和十块电极支撑板3。电极支撑板3的个数根据谐振频率、机械强度和功耗优化结果来确定。本实施例中的加速电极4采用了通体的支撑方式，如图1所示，各电极支撑板3的上下两端分别固定连接到加速器腔筒的上底板1和下底板2上，并且各电极支撑板3平行等间距布置，加速电极4依次从各电极支撑板3的中心穿过。

本实施例中，在电极支撑板3、上底板1和下底板2的内部，沿着电极支撑板3和上下底板的走向，加工有循环的冷却水路。