[发明专利]一种强流回旋加速器中心区物理设计方法

权利要求书

1.一种强流回旋加速器中心区物理设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、计算粒子经过中心区各个物理实体时的能量，所述中心区各个物理实体为中心区相邻两条加速间隙之间的高频腔体或者法兰盘；

步骤二、基于各个物理实体上的能量，计算粒子静态平衡轨道半径；

步骤三、根据计算出的粒子静态平衡轨道半径，确定用于卡束的中心区结构，该中心区结构为：环绕中心区第1、2圈束流轨道、分别布设在束流轨道的高频腔和法兰盘适当位置的多个电极柱子，该多个电极柱子用于卡掉中心区那部分得不到加速的粒子；

步骤四、使用粒子跟踪的方法，优化用于卡束的中心区结构：从中心区反向跟踪参考粒子，即：从高能量下的静态平衡轨道跟踪至中心区，从而根据束流轨迹优化调整中心区结构，所述优化调整中心区结构即为优化调整电极柱的位置；

步骤五、使用粒子跟踪的方法，优化中心区束流品质、确定用于优化中心区束流品质的中心区结构：从中心区正向跟踪参考粒子，得到新的粒子轨迹、根据新的粒子轨迹得到电极柱卡束的位置、加速相位、径向对中和轴向聚焦，从而根据结果进一步优化调整用于提高束流品质的中心区结构，具体为： 首先通过调整加速间隙的前后位置调整粒子经过加速间隙时的加速相位，同时，通过束流轨迹的位置确定电极柱卡束的位置；当加速相位确定以后，根据当前电场方向，通过调整加速间隙束流入口和出口电极柱子的位置调节中心区的径向对中；当径向对中调节完成以后再次调节电极柱卡束的位置；当加速相位确定以后，再通过调节加速间隙的高低调节中心区的轴向聚焦；

步骤六、重复步骤五，反复迭代、优化调整用于卡束和用于提高束流品质的中心区结构，直至中心区结构达到设计标准为止；

步骤七、使用多粒子跟踪的方法，考虑空间电荷效应的影响，重复步骤五，确定最终的中心区结构；所述空间电荷效应就是粒子之间的相互作用。

2.根据权利要求1所述一种强流回旋加速器中心区物理设计方法，其特征在于：所述步骤一的计算粒子经过中心区每两个相邻加速间隙之间的物理实体时的能量，具体过程如下：

1）获取粒子的初始能量、高频电压V₀、以及谐波数h，它们已经在加速器的初步设计中确定，其中，粒子在经过两个加速间隙的时间差和谐波数、高频张角的关系为：

； （1）

2）设定粒子在1/2高频腔张角处的相位角为：

； （2）

τ₁为粒子经过第1个加速间隙的时间，τ₂为粒子经过第2个加速间隙的时间，

3）以加速带有负电荷的粒子为例，设其电荷为-q，计算粒子在加速间隙①和加速间隙②获得的能量，分别为：

； （3）

4）计算粒子在两个加速间隙获得的能量之和：

； （4）

5）粒子第n次加速后的能量为：

； （5）

其中，-q是粒子电荷，当hα=180°、φ=0时，能量增益最大，在回旋加速器中，通过设计使φ接近0，受到加速器结构限制，α存在最大值α_m，或者hα_m180°、或者hα_m＞＝180。

3.根据权利要求1所述一种强流回旋加速器中心区物理设计方法，其特征在于：所述步骤二的基于各个物理实体上的能量，计算粒子静态平衡轨道半径，具体过程如下：

1)将步骤一得到的静态平衡轨道连接，得到初步的粒子加速轨迹；

2)根据初步粒子加速轨迹放置各电极柱，使粒子轨迹从电极柱之间通过。