[发明专利]一种束流引出装置、参数获取方法及回旋加速器

说明书

本发明公开了一种束流引出装置、参数获取方法及回旋加速器，装置包括：散射器和静电偏转板；散射器用于使得品质不好的束流发生散射并有效通过静电偏转板间隙，静电偏转板用于将散射后的束流引出；参数获取方法包括：建立两组模型，通过模拟计算，获取使得总的束流损失量最小时散射器沿束流方向的长度L及散射器与束流切割板前端的距离S的取值；回旋加速器的束流引出装置包括：散射器和静电偏转板；并且回旋加速器的束流引出装置中散射器沿束流方向的长度L及散射器与束流切割板前端的距离S的取值以设置为最优值。本发明可有效降低回旋加速器的束流引出损失，并使得束流引出损失的降低效果最大化。

技术领域

本发明属于加速器工程领域，更具体地，涉及一种束流引出装置、参数获取方法及回旋加速器。

背景技术

对于质子回旋加速器而言，最常见的引出束流的方式是利用静电偏转板引出。由于引出区域束流的圈间距极小，为实现内外圈束流的分离，要求静电偏转板中束流切割板与电极间的电场极高，一般在在100KV/cm左右，同时束流切割板的厚度极小，一般在0.5mm以下。在束流品质不好(如束流发射度较大)或引出角度不理想时，引出束流边缘的束晕极易撞击束流切割板，导致束流切割板面临很大过热风险而产生变形，降低束流引出效率。

目前，为提高束流引出效率，质子回旋加速器引出设计的重点均集中在静电偏转板的结构设计和对静电偏转板位置的控制上。通过束流动力学计算确定静电偏转板的结构尺寸，通过远程反馈控制调节偏转板的位置，以此来实现质子束流的高效引出。对偏转板的运动控制较为复杂，且对束流引出效率的提升有限，无法解决束流切割板被束流撞击致受热变形的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种束流引出装置、参数获取方法及回旋加速器，旨在解决现有回旋加速器中偏转板易受束流撞击而受热变形所导致的引出效率不高的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种束流引出装置，包括：散射器和静电偏转板；散射器与静电偏转板沿束流轨道设置，并且沿束流方向，散射器位于静电偏转板前端；散射器用于使得品质不好的束流边缘的束晕通过撞击散射器而发生散射，进而使得散射后的束流有效通过静电偏转板间隙；静电偏转板用于将散射后的束流引出。

进一步地，散射器为矩形的金属片状物。

根据库仑散射基本理论，质子穿过金属材料时，金属材料的原子序数越大，出射后的散射角越大，为保证束流充分散射，散射器需要使用原子序数较大的金属材料以获得较大的散射角；为避免受束流撞击时发热熔化或变形，散射器需要使用熔点较高的金属材料；同时考虑到材料获取的便易性，优选地，散射器材料为原子序数较大且熔点较高的金属钨。

进一步地，散射器的厚度与宽度均与束流切割板保持一致，以便于在加工时同时获取两块材料。

进一步地，散射器沿束流方向的长度L的取值，以及散射器与静电偏转板中束流切割板上游的距离S的取值，使得束流经过束流引出装置引出后，损失量低于束流只经过静电偏转板引出后的束流损失量。

针对不同的束流引出能量、不同的引出半径，通过合理设置束流引出装置中散射器沿束流方向的长度L以及散射器与束流切割板前端的距离S，实现降低束流引出损失的效果最大化。

结合本发明的第一方面，本发明还提供了一种束流引出装置的参数获取方法，具体包括如下步骤：

(1)获取静电偏转板引出区域入口处束流的初始参数，包括：束流发射度、束流能量以及束流引出角；

(2)分别建立参考模型和目标模型；所述参考模型包括：第一束流切割板以及参考束流；所述参考束流经所述第一束流切割板引出；所述目标模型包括：散射器、第二束流切割板以及目标束流；所述目标束流经所述散射器及所述第二束流切割板构成的束流引出装置引出；

(3)根据所述参考模型获取所述第一束流切割板上的束流损失量A1；