CSNS直线加速器空间电荷效应的模拟研究

袁 月，王 生，彭 军，苑尧硕，姚泽恩

(1.兰州大学 核科学与技术学院，甘肃 兰州 730000；

2.中国科学院 高能物理研究所，北京 100049)

中国散裂中子源(CSNS)是基于强流质子加速器的大型多学科实验装置，由一台81 MeV的H-注入器通过剥离注入为1.6 GeV的快循环质子同步加速器提供注入束流，该注入器由前端加速器和漂移管型直线加速器(DTL)组成。前端加速器包括50 keV潘宁H-离子源、低能束流输运线(LEBT)、3 MeV射频四极加速器(RFQ)、中能束流输运线(MEBT)，漂移管型直线加速器将束流从3 MeV加速到81 MeV[1]。CSNS一期的设计束流功率为100 kW，并保留未来升级到500 kW束流功率的能力，与之相对应的直线加速器(LINAC)的设计峰值流强分别为15 mA和30 mA。在强流直线加速器中，束流的空间电荷效应是一非常重要的研究课题，其不仅会对线性磁聚焦系统造成扰动，同时具有很强的非线性效应，使束流电荷密度非均匀化，导致发射度增长，并形成低密度的束晕，造成束流损失，使加速器设备产生感生放射性[2]。大量带电粒子间的相互作用十分复杂，多粒子追踪程序为探索空间电荷效应的影响提供了一非常有效的手段。本文采用三维空间电荷效应模拟程序IMPACT-Z[3]模拟研究MEBT和DTL中空间电荷效应的影响，并同时考虑束流失配及误差效应对空间电荷效应的影响。

1 空间电荷效应模拟

分别采用三维空间电荷模拟程序IMPACT-Z和二维空间电荷模拟程序PARMILA[4]，对流强为15 mA的束流从RFQ出口到DTL出口进行了模拟。程序IMPACT-Z计算三维空间电荷效应的网格划分数为32×32×32，程序PARMIALA计算二维空间电荷效应的网格划分数为40×80[5]。……