具有边缘场聚焦力的加速器螺旋偏转板入、出口设计方法技术

本发明专利技术公开了一种具有边缘场聚焦力的加速器螺旋偏转板入、出口设计方法，包括以下步骤：保持上下两层螺旋偏转板入口、出口端面上中心点的位置不变，改变螺旋偏转板入口、出口端面上中心点前后两侧的形状，使得入口、出口端面和束流方向呈夹角β，且入口、出口的夹角大小相等，方向相反，该改变螺旋偏转板入口、出口端面上中心点前后两侧的形状，用于提供螺旋偏转板除偏转力以外的边缘场聚焦力；本发明专利技术将改变螺旋偏转板入口、出口端面形状有机结合，相互支持，取得了组合以后新的效果。将螺旋偏转版束流入口、束流出口二者聚焦力叠加，从而堵住了束流在边缘场丢失粒子的漏洞，提高了束流传输品质。流传输品质。流传输品质。

【技术实现步骤摘要】
具有边缘场聚焦力的加速器螺旋偏转板入、出口设计方法


[0001]本专利技术属于回旋加速器螺旋偏转板
，尤其涉及一种具有边缘场聚焦力的加速器螺旋偏转板入、出口设计方法。

技术介绍

[0002]强流质子束在基础科研、国防建设、核能开发、癌症治疗等诸多方面都发挥着重要的作用。回旋加速器的束流流强的重要限制因素之一是中心区横向聚焦力的大小。
[0003]中心区包括用于接收离子源注入的束流，并将束流从垂直方向偏转为水平方向的螺旋偏转板、用于对束流进行加速和提高能量的布设在中心区高频腔体头部微小区域的电极结构、以及用于偏转束流提供粒子运行轨迹的布设在中心区磁铁结构头部微小区域的磁铁结构。
[0004]现有技术提高中心区横向聚焦力采取的方法只是停留在改造中心区的电极结构、和改造中心区的磁极结构，却忽视了改造中心区的螺旋偏转板结构。而螺旋偏转板才是中心区影响束流流强的最为关键的部件。螺旋偏转板是粒子进入加速器的源头，粒子从螺旋偏转版注入到加速器中。如果螺旋偏转板的聚焦能力很弱，则从源头引出的束流就会因为聚焦能力很弱而损失一部分，即使中心区的电极结构和磁极结构经过改造增强了聚焦能力，束流损失少了，但是因为从源头引出的束流在传输过程中已经损失了一部分，导致中心区增强束流流强的总效果不明显。
[0005]传统回旋加速器螺旋偏转板横向聚焦能力弱。该传统螺旋偏转板结构如图1
‑
1、1
‑
2所示，是由上下两层螺旋偏转板组成的螺旋型轨道。在螺旋型轨道在束流传输过程中因为电场作用力在螺旋型通道中始终保持与中心离子的运动轨道相垂直，使得螺旋偏转板的横向聚焦能力弱，导致束流在传输过程中发散，传输效率较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决现有技术存在的问题，提出一种具有边缘场聚焦力的加速器螺旋偏转板入、出口设计方法，目的在于解决传统回旋加速器螺旋偏转板横向聚焦能力弱、导致中心区束流流强得不到明显提高的问题。
[0007]本专利技术为解决其技术问题采用以下技术方案：
[0008]一种具有边缘场聚焦力的回旋加速器螺旋偏转板入、出口设计方法，其特点是：包括以下步骤：
[0009]步骤一、采用现有的螺旋偏转板设计方法，完成传统的螺旋偏转板设计；
[0010]步骤二、保持上下两层螺旋偏转板入口、出口端面上中心点的位置不变，改变螺旋偏转板入口、出口端面上中心点前后两侧的形状，使得入口、出口端面和束流方向呈夹角β，且入口、出口的夹角大小相等，方向相反，该改变螺旋偏转板入口、出口端面上中心点前后两侧的形状，用于提供螺旋偏转板除偏转力以外的边缘场聚焦力；
[0011]步骤三、采用多粒子跟踪方法，模拟螺旋偏转板出口处的粒子分布；
[0012]步骤四、重复步骤二、步骤三，直至入口、出口边缘场粒子分布具有较小的包络。
[0013]而且，所述步骤二具体过程如下：
[0014]1)改变上、下螺旋偏转板入口端面的形状，使得入口端面和束流方向呈夹角β，用以得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向聚焦，左上
‑
右下方向散焦；
[0015]2)改变上、下螺旋偏转板出口端面的形状，使得出口端面和束流方向呈夹角
‑
β，用以得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向散焦，左上
‑
右下方向聚焦。
[0016]而且，所述过程1)和过程2)，推导方法如下：
[0017]1)以上、下极板之间束流线中心点为坐标原点；
[0018]2)中心点左侧为
‑
x,中心点右侧为
‑
x，中心点以上为y,中心点以下为
‑
y；
[0019]3)当采用偏转板入口或出口端面和束流方向平行的两个侧边，一边沿着
‑
x方向和束流方向延长、一边沿着x方向和束流方向缩短的极板结构，此时入口或出口端面和束流方向呈夹角β，得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向聚焦，左上
‑
右下方向散焦；当采用偏转板入口或出口端面和束流方向平行的两个侧边，一边沿着
‑
x方向和束流方向缩短、一边沿着x方和束流延长的极板结构，此时入口或出口端面和束流方向呈夹角
‑
β，得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向散焦，左上
‑
右下方向聚焦。
[0020]而且，当左下
‑
右上方向聚焦、左上
‑
右下方向散焦，其电场力各个区间对应如下：
[0021]1)左下
‑
右上方向聚焦的坐标轴区间
[0022]在坐标轴x方向、y方向的区间，电场力y方向向下、y电场力减弱，且y方向电场力随着x增大而减弱，电场力x方向向左、x电场力减弱，且x方向电场力随着y的增加而减弱；
[0023]在坐标轴
‑
x方向、
‑
y方向的坐标轴区间，电场力y方向向上、y电场力增强，且y方向电场力随着x的增加而减弱；电场力x方向向右、x电场力增强，且x方向电场力随着y的增加而减弱；
[0024]2)左上
‑
右下方向散焦的坐标轴区间
[0025]在x方向、
‑
y方向的坐标轴区间，电场力y方向向下、y电场力减弱，且y方向电场力随着x增大而减弱；电场力x方向向右、x电场力增强,且x方向电场力随着y的增加而减弱；
[0026]在
‑
x方向、y方向的坐标轴区间，电场力y方向向上、y电场力增强，且y方向电场力随着x增大而减弱；电场力x方向向左、x电场力减弱,且x方向电场力随着y的增加而减弱；
[0027]所述电场力y方向向上、电场力y方向向下，电场力x方向向右,电场力x方向向左,指该位置电场力和螺旋偏转板中心位置电场力之差。
[0028]而且，当左下
‑
右上方向散焦，左上
‑
右下方向聚焦，其电场力各个区间对应如下：
[0029]1)左上
‑
右下方向聚焦的坐标轴区间
[0030]在x负方向、y正方向的坐标轴区间，电场力y方向向下、y电场力减弱，电场力x方向向右、x电场力减弱，且x方向电场力随着y的增加而减弱。
[0031]在x正方向、y负方向的坐标轴区间，电场力y方向向上、y电场力增强，电场力x方向向左、x电场力增强，且x方向电场力随着y的增加而减弱；
[0032]2)左下
‑
右上方向散焦的坐标轴区间
[0033]在坐标轴
‑
x方向、
‑
y方向的坐标轴区间，电场力y方向向下、y电场力减弱，电场力x方向向左、x电场力增强，且x方向电场力随着y的增加而减弱；
[0034]在坐标轴x方向、y方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有边缘场聚焦力的回旋加速器螺旋偏转板入、出口设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、采用现有的螺旋偏转板设计方法，完成传统的螺旋偏转板设计；步骤二、保持上下两层螺旋偏转板入口、出口端面上中心点的位置不变，改变螺旋偏转板入口、出口端面上中心点前后两侧的形状，使得入口、出口端面和束流方向呈夹角β，且入口、出口的夹角大小相等，方向相反，该改变螺旋偏转板入口、出口端面上中心点前后两侧的形状，用于提供螺旋偏转板除偏转力以外的边缘场聚焦力；步骤三、采用多粒子跟踪方法，模拟螺旋偏转板出口处的粒子分布；步骤四、重复步骤二、步骤三，直至入口、出口边缘场粒子分布具有较小的包络。2.根据权利要求1所述一种具有边缘场聚焦力的回旋加速器螺旋偏转板入、出口设计方法，其特征在于：所述步骤二具体过程如下：1)改变上、下螺旋偏转板入口端面的形状，使得入口端面和束流方向呈夹角β，用以得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向聚焦，左上
‑
右下方向散焦；2)改变上、下螺旋偏转板出口端面的形状，使得出口端面和束流方向呈夹角
‑
β，用以得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向散焦，左上
‑
右下方向聚焦。3.根据权利要求2所述一种具有边缘场聚焦力的回旋加速器螺旋偏转板入、出口设计方法，其特征在于：所述过程1)和过程2)，推导方法如下：1)以上、下极板之间束流线中心点为坐标原点；2)中心点左侧为
‑
x,中心点右侧为
‑
x，中心点以上为y,中心点以下为
‑
y；3)当采用偏转板入口或出口端面和束流方向平行的两个侧边，一边沿着
‑
x方向和束流方向延长、一边沿着x方向和束流方向缩短的极板结构，此时入口或出口端面和束流方向呈夹角β，得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向聚焦，左上
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右下方向散焦；当采用偏转板入口或出口端面和束流方向平行的两个侧边，一边沿着
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x方向和束流方向缩短、一边沿着x方和束流延长的极板结构，此时入口或出口端面和束流方向呈夹角
‑
β，得到两个方向的合力，为四极电场力，其中左下
‑
右上方向散焦，左上
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右下方向聚焦。4.根据权利要求3所述一种具有边...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀鲁豫，边天剑，郑侠，管锋平，安世忠，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：