[发明专利]一种强流回旋加速器中心区物理设计方法

说明书

本发明公开了一种强流回旋加速器中心区物理设计方法，包括以下步骤：计算粒子经过中心区各个物理实体时的能量；基于各个物理实体上的能量，计算粒子静态平衡轨道半径；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；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；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；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；本发明找到了一个能够兼顾中心区粒子引出效率、加速相位、径向对中、轴向聚焦四者平衡的平衡点。

技术领域

本发明属于强流回旋加速器技术领域，尤其涉及一种强流回旋加速器中心区物理设计方法。

背景技术

在回旋加速器中，中心区是指粒子从静止(内部离子源情况)或低能(外部离子源情况)到一定高能量的加速过程的过渡区域、覆盖了束流在加速器中运动的前几圈。中心区束流品质对于粒子加速后能否从加速器引出有决定性的影响。中心区的束流品质包括中心区粒子的引出效率、中心区粒子经过加速间隙时的加速相位、中心区粒子的径向对中、中心区束流的轴向聚焦等，这些关键束流动力学问题都集中于中心区。

中心区物理结构的设计包括中心区粒子轨迹的设计、加速间隙位置的设计、径向对中的设计、轴向聚焦的设计。其中，难点之一在于找到一种中心区粒子轨迹的精准设计方法，现有技术中心区粒子轨迹的设计只是一种粗略的设计方法。中心区粒子轨迹首先应用于束流品质中的粒子的引出效率，粒子的引出效率来自中心区卡束的位置，卡束位置准确才能把中心区无效粒子卡掉，从而提高中心区粒子的引出效率，而卡束位置的准确来源于粒子轨迹位置的准确；难点之二在于，满足了当前引出效率的卡束位置的束流轨迹的位置，不一定就是束流品质最好的位置，有可能出现当前束流轨迹的卡束位置很准确，但是该束流轨迹的径向对中不够好，而满足了径向对中的束流轨迹又可能会影响卡束的束流轨迹；当加速相位调整好以后，整个电场就会跟着改变，电场改变了，径向对中和轴向聚焦也会跟着改变，而径向对中改变了，先前的卡束位置也会跟着改变，如此反复调整，因此，中心区物理结构的设计难点之二在于找到一个能够兼顾中心区粒子引出效率、加速相位、径向对中、轴向聚焦四者平衡的平衡点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种强流回旋加速器中心区物理设计方法，目的在于解决现有技术不能找到一种中心区粒子轨迹的精准设计方法、以及不能找到一个能够兼顾中心区粒子引出效率、加速相位、径向对中、轴向聚焦四者平衡的平衡点的问题。

本发明为解决其技术问题，采取以下技术方案。

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；