本發(fā)明涉及一種提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，屬于同步加速器。

背景技術(shù)：

1、同步加速器慢引出束流在航天、材料、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。例如，開展航天電子元器件特別是電子器件整機(jī)的單粒子效應(yīng)輻照研究；研究粒子在生物體和半導(dǎo)體材料中的輻照效應(yīng)規(guī)律；可用于核孔膜的生產(chǎn)和粒子癌癥治療領(lǐng)域，對促進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重大意義。

2、目前，國際上同步加速器提供慢引出束流的主要方法為三階整數(shù)共振引出，即在引出平臺將工作點(diǎn)調(diào)整至三階整數(shù)附近，利用非線性六極磁場使橢圓形相空間變成三角形，三角形面積應(yīng)大于循環(huán)束發(fā)射度，否則將導(dǎo)致嚴(yán)重的束流損失。然而，對于小型化的同步加速器，如航天元器件的單粒子效應(yīng)與位移損傷效應(yīng)研究，需要引出低能的重離子與質(zhì)子。由于注入與引出能量很接近，束流在加速過程發(fā)射度收縮小，引出時(shí)循環(huán)束的發(fā)射度很大，導(dǎo)致需要的穩(wěn)定區(qū)面積超大，使得在es入口處的引出螺距很小，粒子將在es入口處大量堆積而密度增大，從而造成嚴(yán)重的束流損失，引出效率很低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其通過增大螺距而降低引出束在es處的密度或減小引出束在es處角散而獲得高引出效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

3、一種提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，包括：

4、設(shè)置同步加速器慢引出平臺的初始工作點(diǎn)q1和六極鐵的總強(qiáng)度sn，使得穩(wěn)定區(qū)面積大于循環(huán)束的大發(fā)射度；

5、調(diào)節(jié)初始工作點(diǎn)q1至q2更加靠近共振線qres，即減小δq，保持六極鐵的總強(qiáng)度sn不變，或者保持q1不變，提高六極鐵的總強(qiáng)度sn；

6、調(diào)節(jié)初始工作點(diǎn)q1至q2更加靠近共振線qres或提高六極鐵的總強(qiáng)度sn，使得穩(wěn)定區(qū)面積逐漸縮小，引出螺距及角散逐漸增大；

7、調(diào)制引出界軌的幅度與角度，選擇合適螺距，降低角散，從而獲得大發(fā)射度慢引出束的高引出效率。

8、所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，優(yōu)選地，穩(wěn)定區(qū)面積的計(jì)算公式如下：

9、

10、式中，為粒子與共振線粒子的工作點(diǎn)偏差； sn為共振六極鐵的總強(qiáng)度。

11、所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，優(yōu)選地，粒子與共振線粒子的工作點(diǎn)差異的計(jì)算公式如下：

12、δq=（q1-qres）+ξx,n·δp/p或δq=（q2-qres）+ξx,n·δp/p

13、式中，qres=n±1/3或n±2/3為三階整數(shù)共振線，n為整數(shù)；ξx,n為色品值；δp/p為動量分散。

14、所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，優(yōu)選地，六極鐵包括共振六極鐵和色品六極鐵，通過改變色品六極鐵的總強(qiáng)度而調(diào)節(jié)色品或通過縱向高頻電壓調(diào)制而改變循環(huán)束的動量分散δp/p，從而達(dá)到減小δq的目的，進(jìn)而使得引出平臺動態(tài)縮小穩(wěn)定區(qū)面積。

15、所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，優(yōu)選地，同步加速器慢引出平臺增大共振六極鐵的總強(qiáng)度s1→s2，s1至s2采用線性函數(shù)或趨勢類似的任意函數(shù)，使得引出平臺動態(tài)縮小穩(wěn)定區(qū)面積。

16、所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，優(yōu)選地，調(diào)節(jié)初始工作點(diǎn)q1至q2更加靠近共振線qres是通過在引出平臺改變常規(guī)四極鐵或快四極鐵強(qiáng)度k1→k2，讓工作點(diǎn)靠近共振線而減小δq，使得引出平臺動態(tài)縮小穩(wěn)定區(qū)面積。

17、所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，優(yōu)選地，調(diào)制引出界軌的幅度與角度，選擇合適螺距，降低角散，從而獲得大發(fā)射度慢引出束面積收縮后的高引出效率，包括如下步驟：

18、若穩(wěn)定區(qū)面積減小導(dǎo)致螺距增加后引出界軌在es通道內(nèi)，可以通過凸軌磁鐵在es入口處對引出角度進(jìn)行調(diào)制，從而獲得小的引出角散，以有利于提高慢引出束的效率。

19、所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，優(yōu)選地，調(diào)制引出界軌的幅度與角度，選擇合適螺距，降低角散，從而獲得大發(fā)射度慢引出束面積收縮后的高引出效率，包括如下步驟：

20、若穩(wěn)定區(qū)面積減小導(dǎo)致螺距大幅增加后，引出界軌超出es通道范圍，則需要通過凸軌磁鐵對es處的引出界軌幅度與角度同時(shí)進(jìn)行調(diào)制，將引出界軌的螺距調(diào)制到es引出通道內(nèi)，同時(shí)降低es處的引出角散，從而獲得高引出效率。

21、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

22、1、本發(fā)明通過動態(tài)收縮三角形穩(wěn)定區(qū)面積，同時(shí)調(diào)制靜電偏轉(zhuǎn)板處入口的角度（或并行調(diào)制角度與幅度）以獲得高引出效率的慢引出束方法。

23、2、本發(fā)明通過創(chuàng)新的束流動力學(xué)操控，提出了一種解決大發(fā)射度慢引出效率低的全新技術(shù)方案，尤其對于同步加速器引出低能的離子束。該方案是在已有的慢引出元件基礎(chǔ)上，不需要額外增加元件種類與數(shù)量，便能實(shí)現(xiàn)高效率引出大發(fā)射度的束流。該方案實(shí)現(xiàn)簡單，僅需要對已有元件在引出平臺的工作波形進(jìn)行修改與調(diào)制，切實(shí)解決工程中遇到的難題，豐富了慢引出系統(tǒng)對束流操控的多樣性與靈活性，降低了引出系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。

技術(shù)特征：

1.一種提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，穩(wěn)定區(qū)面積的計(jì)算公式如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，粒子與共振線粒子的工作點(diǎn)偏差的計(jì)算公式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，六極鐵包括共振六極鐵和色品六極鐵，通過改變色品六極鐵的總強(qiáng)度而調(diào)節(jié)色品或通過縱向高頻電壓調(diào)制而改變循環(huán)束的動量分散δp/p，從而達(dá)到減小δq的目的，進(jìn)而使得引出平臺動態(tài)縮小穩(wěn)定區(qū)面積。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，同步加速器慢引出平臺增大共振六極鐵的總強(qiáng)度s1→s2，s1至s2采用線性函數(shù)或趨勢類似的任意函數(shù)，使得引出平臺動態(tài)縮小穩(wěn)定區(qū)面積。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)初始工作點(diǎn)q1至q2更加靠近共振線qres是通過在引出平臺改變常規(guī)四極鐵或快四極鐵強(qiáng)度k1→k2，讓工作點(diǎn)靠近共振線而減小δq，使得引出平臺動態(tài)縮小穩(wěn)定區(qū)面積。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，調(diào)制引出界軌的幅度與角度，選擇合適螺距，降低角散，從而獲得大發(fā)射度慢引出束面積收縮后的高引出效率，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，其特征在于，調(diào)制引出界軌的幅度與角度，選擇合適螺距，降低角散，從而獲得大發(fā)射度慢引出束面積收縮后的高引出效率，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種提高大發(fā)射度慢引出束效率的方法，包括：設(shè)置同步加速器慢引出平臺的初始工作點(diǎn)Q<subgt;1</subgt;和六極鐵的總強(qiáng)度S<subgt;n</subgt;，使得穩(wěn)定區(qū)面積大于循環(huán)束的大發(fā)射度；調(diào)節(jié)初始工作點(diǎn)Q<subgt;1</subgt;至Q<subgt;2</subgt;更加靠近共振線Q<subgt;res</subgt;，即減小Δq，保持六極鐵的總強(qiáng)度S<subgt;n</subgt;不變，或者保持Q<subgt;1</subgt;不變，提高六極鐵的總強(qiáng)度S<subgt;n</subgt;；調(diào)節(jié)初始工作點(diǎn)Q<subgt;1</subgt;至Q<subgt;2</subgt;更加靠近共振線Q<subgt;res</subgt;或提高六極鐵的總強(qiáng)度S<subgt;n</subgt;，使得穩(wěn)定區(qū)面積逐漸縮小，引出螺距及角散逐漸增大；調(diào)制引出界軌的幅度與角度，選擇合適螺距，降低角散，從而獲得大發(fā)射度慢引出束收縮后的高引出效率。本發(fā)明通過動態(tài)收縮三角形穩(wěn)定區(qū)面積，同時(shí)調(diào)制靜電偏轉(zhuǎn)板處入口的角度（或并行調(diào)制角度與幅度）以獲得高引出效率的慢引出束方法。

技術(shù)研發(fā)人員：阮爽,楊建成,夏佳文,申國棟,王耿,封安輝,鄭亞軍,王儒亮,陳瑋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院近代物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9