为了更深入地研究核子性质,中国科学院近代物理研究所将在强流重离子加速器装置(HIAF)上利用极化质子束开展实验。HIAF增强器BRing能够提供最大能量9.3 Ge V/u的极化质子束,在加速过程中极化束流会遇到多次退极化共振,需要特殊设计才能使束流保持较高的极化度。利用退极化共振强度模拟程序DEPOL,研究了BRing加速过程中不同退极化共振对束流极化度的影响。结果表明,加速过程遇到的两种退极化共振将会使束流完全退极化;在BRing电子冷却段加入Full Siberian Snake可以使质子束在加速时保持较高的极化度。
为了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上开展一维离子束序化的研究,在CSR主环上,对6.39MeV/u的58 Ni 19+离子束进行了冷却累积实验。测量了离子束与电子束之间不同的水平、垂直夹角以及不同电子束剖面的情况下,束流累积及束流寿命变化情况;重点研究了离子束衰减过程中动量分散随离子数的变化规律,拟合计算得到了动量分散随离子数按照幂函数衰减的指数;在给定离子数的情况下,动量分散随夹角、电子束剖面的依赖关系,为下一步在CSR上获得纵向一维有序化离子束的研究做准备。在实验中观测到在较大的夹角情况下,离子束出现纵向振荡和中心频率移动。
中国科学院近代物理研究所在CSR-LINAC项目中设计了一台108.48 MHz的IH型RFQ直线加速器。该RFQ可以将质荷比为3～7的离子从4 ke V/u加速到300 ke V/u。在完成束流动力学设计的基础上,主要针对RFQ腔体的高频电磁设计展开了研究,同时利用了电磁场仿真和束流动力学模拟来研究腔体的四极场不平整度和二极场及其动力学影响。未经调谐的情况下,腔体的谐振频率为108.15 MHz,腔体空载品质因子Q0为5 910,腔体功耗为123 k W。通过在支撑板两端增加底切的设计,将腔体的四极场不平整度由-21%～12%优化至±2.5%,满足了束流动力学要求。腔体的二极场为-3%～-2.2%,使得束流在垂直方向小幅振荡,RFQ的垂直方向接受度减小5%。为了保证功率馈入时反射较小,将耦合器设置在临界耦合状态,耦合面积为940 mm2。为了补偿腔体的频率偏差和漂移,设计了调谐量分别为707和132 k Hz的固定调谐器和可动调谐器。
采用多粒子跟踪程序BEAMPATH对SSC-LINAC重离子RFQ直线加速器进行动力学模拟,分别对RFQ的接受度、高频特性、束流稳定性、空间电荷效应等进行了分析。该RFQ具有很大的纵向接受度,有利于束流在RFQ中的传输;高频特性研究表明,翼间电压设定在理论值以上时,该RFQ都能保持较好的束流特性;束流稳定性分析结果表明,该RFQ具有很大的束流失配容忍度;空间电荷效应研究表明,当束流强度低于0.5 m A时,束流传输不受影响。综合研究结果表明,53.667 MHz重离子RFQ具有较好的动力学特性,满足SSC-LINAC直线加速器的设计要求。
