西安200 MeV质子应用装置60 MeV束流慢引出效率优化

叶文博， 姚红娟†， 杨 业,， 刘晓宇， 李 岩，曾红锦， 郑曙昕， 王敏文， 刘卧龙， 王 迪， 王茂成，赵铭彤， 王学武， 关遐令， 王忠明

(1. 粒子技术与辐射成像教育部重点实验室， 北京100084； 2. 清华大学 先进辐射源及应用实验室， 北京 100084； 3. 清华大学 工程物理系， 北京 100084； 4. 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室， 西安 710024)

1 XiPAF慢引出设计介绍

XiPAF利用三阶共振和RF-KO实现束流慢引出，XiPAF同步环的布局图如图1所示。

图1 XiPAF同步环布局Fig.1 Layout of the XiPAF synchrotron

引出前，将同步环的水平工作点调至三阶共振点附近，在同步环上对称放置2块极性相反的共振六极铁(SR)用于驱动三阶共振，在SR的作用下，束流归一化横向相空间的相图会由圆形逐渐形变成三角形，粒子的相运动被稳定三角形划分为2个区域：三角形内部，相轨迹闭合，为稳定区；三角形外部，相轨迹发散，为非稳定区。稳定三角形的面积A为

(1)

其中，q=q0-qres，为同步环水平工作点到三阶共振点的距离；q0为同步环的水平工作点；qres为三阶共振点；S为归一化的等效六极铁强度。q越小、S越大，A越小。通常，加速后束流的发射度小于稳定三角形的面积，位于稳定区之内，束流并不会自发地从稳定区进入非稳定区。利用RF-KO激励束流使横向发射度逐渐增长，当束流发射度大于稳定三角形的面积后，粒子会逐渐进入非稳定区。进入非稳定区的粒子从三角形的顶点沿着分界线向外运动，随后进入静电偏转器(ES)被小幅度偏转。在后续的传输过程中，这部分粒子与循环束流产生较大分离，在分离较大处安装引出切割磁铁(MS)，使分离出的束流受到较强的偏转，继而引出同步环，最终经过高能输运线(HEBT)传输到实验站用于辐照实验。……