分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-06-14
摘要： 大部分用于辐射剂量学研究的辐照器都安装比活度较高的放射源，这类放射源只能采用合规的容器运输以完成现场装源。为了使国产辐照器能够更好的符合国内外放射源的运输及安装要求，研制了一种新型三重屏蔽辐照器，用于进行现场装源及开展后续工作。本工作介绍了该辐照器的结构设计、工作原理。基于对辐照器的精确构建，开展了系统的模拟计算，分析了辐照器对射束的控制特性，并对安装方案的优化提供了建议。结合模拟计算和分析，研究了开展辐射剂量学相关测量所关心的辐射场性能。本工作研制的新型三重屏蔽辐照器适用于现场装源，散射腔能够将射束中的散射成份减少25%，停束状态下工作区域的射线强度比出束时低7个数量级，准直器组对辐射野平面内能谱的影响约为0.2%。利用辐照器构建的辐射场计算了三种常用类型电离室的空气比释动能绝对测量相关的壁修正因子，与经典方法得出的结果偏差小于0.05%。在现行要求下，该辐照器可作为支撑辐射剂量学相关工作的一个备选方案，其紧凑的结构可以扩展剂量率的动态范围从而在相对较长周期提供服务。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-06-14
摘要： 射频电聚焦CH-DTL（radio frequency electric focusing CH-DTL，简称RFC）加速结构将电磁场模式同为TE210的CH-DTL与四翼型RFQ集成于同一腔体内，具有结构紧凑高效、运行稳定方便的优点。RFC既可以用作大型直线加速器中连接注入段与主加速段的中间结构，也适用于医疗和工业领域，具有良好的应用前景。为了提高RFC的射频效率与运行稳定性，并降低该腔体的加工难度，对其射频结构进行优化。按照从加速单元到整腔的顺序，结合运用等效电路法，依次对CH-DTL单元、RFQ单元、过渡单元及整腔进行优化。最终基于优化结果完成了162.5 MHz RFC功率腔的设计，腔体的有效加速梯度达到1.6 MV/m，有效分路阻抗为46 MΩ/m，并且具备良好的工艺可行性与冷却性能。本研究工作将有力推动RFC加速结构的发展，同时也可为相似类型的射频腔体设计提供一定的参考。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-06-13
摘要： 电子束注入器是决定自由电子激光太赫兹源（FEL-THz）性能的核心部件，基于射频加速器的注入器能够产生驱动高功率THz辐射所需的高品质电子束。而从商业化和市场化的目的出发，又要求注入器能够兼具结构紧凑。采用独立调谐式结构（ITC）的束流注入器具有平衡高品质、低成本以及紧凑性的优势，在大功率FEL-THz装置小型化方面有良好的应用前景。但是，在缩短束线长度和压缩整机规模后，注入器又面临在线调节和诊断手段不足等问题。本文依托华中科技大学与中国科学技术大学共建的一台紧凑型 FEL-THz 注入器，首先介绍其基于 ITC 结构的优化思路和设计结果，然后在系统稳定的基础上，重点阐述调试和运行过程中所涉及的束流间接诊断和系统优化措施，并结合束流动力学仿真和在线实验开展了相关方案和研究的验证。仿真和实验结果均表明，通过优化设计并结合间接诊断技术，ITC注入器能够兼顾FEL-THz高功率和小型化的需求，而间接诊断技术的应用也能够弥补调试过程中诊断手段不足的问题，为ITC注入器的进一步推广奠定了基础。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-06-10
摘要： 上海光源二期线站工程要求对加速器进行性能提升，其中束测系统主要包括建设束团纯化与纯度测量系统，升级横向反馈系统，新建X射线诊断线和改造原诊断线。在增强器上开发了基于脉冲信号调制的束团纯化系统，在储存环开发了基于时间相关单光子计数器的纯度测量系统，配合三次谐波腔使用上海光源首次实现了好于10^-4的高纯度22mA以上大束团运行。横向反馈系统升级了3电极反馈电极和新的逐束团电子学，实现了大动态范围横向反馈。在6单元成功建设新X射线诊断线实现了束斑尺寸测量，完成了原1单元诊断线的延长段建设。束测系统圆满完成了工程既定目标，助力光源线站工程顺利通过了国家验收。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-06-06
摘要： 硼中子俘获治疗是一种细胞尺度内强靶向性与高传能线密度的二元放射疗法，具有治疗周期短、对周围健康组织损伤小等优势，是一种具有广阔前景的癌症治疗方法。在BNCT装置中，束流整形组件的作用是将中子源产生的快中子束慢化至超热中子能区（0.5 eV< E<10 keV），并保证中子方向性。本文使用蒙特卡罗模拟程序GEANT4以及FLUKA模拟9Be(d,n)10B反应中子源产生及后续中子慢化。采用1.45 MeV、30 mA的氘束轰击9 μm的薄铍靶，由该反应产生的中子作为源项，对BSA进行了可行性方案设计。结果表明：采用45 cm厚的BiF3和5 cm厚的TiF3组合慢化层，12 cm厚的Pb反射层，11 cm厚的Al2O3补充慢化层，以及0.1 mm厚的Cd热中子吸收层，保证出口处的γ成分、快中子成分、Φepi/Φth以及Φepi/Φfast符合IAEA所推荐的建议值。本研究得出了低能氘束与薄铍靶的中子谱及BSA具体设计方案，为D-Be中子源中子的慢化整形提供了数据参考，为D-Be源进一步优化研究提供支持。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-05-20
摘要： 电子辐照在核技术应用产业中成为重要的一部分，低能电子束在废水处理、食品保鲜等方面应用越来越广，辐照的计量参数对于辐照质量至关重要。由于低于300keV的电子束剂量学相关标准尚未建立，参数测量都溯源至10MeV电子直线加速器，测量对象的不一致带来了系统性的偏差。本论文针对低于300keV的低能电子，开展了测试与模拟计算相结合的电子束能量测量方法研究，研制了基于量热法的吸收剂量测量装置，探究了吸收剂量与束流强度、位移速度等参数的关系。结果表明：通过阶梯叠层法剂量实验结合能量沉积曲线模拟的方式实现了低能电子能量参数的测量，通过量热法实现了低能电子吸收剂量参数的测量，测量不确定度为11%（k=2）。本研究为低能电子辐照工艺提供了可靠的计量保障。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-04-25
摘要： 摘要：目的：放疗过程中的锥形束CT(cone beam CT，CBCT)可为患者提供更精确的靶区定位，但由于散射线多造成的对比度低、噪声大、伪影大等，导致影像质量较差，在实时放疗中无法用于剂量计算。本研究旨在使用Unet、CyclaGAN和CGAN等三种深度学习网络生成基于CBCT的合成CT(sCTs)，研究并对比三种sCTs的图像质量。方法：使用78例前列腺癌患者的CBCT和计划CT(pCTs)数据，进行预处理后，其中63例为训练集，10例为测试集，5例为验证集，分别训练和评估基于三种模型的图像质量。使用平均绝对误差(MAE)、平均误差(ME)、均方误差(MSE)、峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)和空间非均匀性(SNU)等影像评估指标以及频域信息进行评估。结果：在三种模型中，cGAN模型在各个指标上都表现出最优的性能。在全局条件下的图像质量方面，平均MAE降低到7.77HU, MSE降低到4.99，PSNR提高到54.95，SSIM提高到96%。结论：应用深度学习方法可以大幅修正CBCT的HU值并生成对应高质量的sCT，针对前列腺癌的病人，CGAN模型生成的sCT拥有更好的影像质量，使用该模型生成基于CBCT的sCT可以为前列腺癌放疗靶区剂量计算提供。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-03-29
摘要： 自成靶中子管具有高耐温、高稳定性和长寿命的优点，在核测井领域的应用前景广阔。开展自成靶中子管中子产额模拟研究，可为中子管物理设计提供依据。基于TARGET程序，利用厚靶条件下D-T反应积分中子产额与T-D反应积分中子产额的关系，建立了一种T-D反应的等效模拟方法，实现了自成靶中子管中子产额的模拟计算。利用该方法，计算并分析了自成靶中子管束流参数和靶参数对中子产额的影响。结果表明，当入射束流的D、T混合比例为1:1时，自成靶中子管的中子产额取到最大值，增加或减小D的占比都会降低中子产额；靶原子比、束流能量、束流的单原子离子占比等参数与中子产额正相关，要提高自成靶中子管的中子产额，应在中子管设计限制条件下尽可能提高以上参数。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-03-25
摘要： 光核反应和紧凑型中子源是生产医用同位素的新兴工具，东华理工大学（ECUT）正在建设一种电子加速器驱动的光中子源（ECANS），用于医用同位素生产研究。本文在分析W- 100Mo光中子源的中子产额及99Mo产量的基础上，建立了中子能量调节层和中子反射层组成的放射性同位素产生模型，对不同天然氧化物材料（MoO3、Lu2O3、Y2O3）进行了放射性同位素的产生模拟及伴生产物分析，探讨了光核反应中子源生产医用同位素的可行性。研究结果显示，在高富集100Mo靶材中99Mo同位素的产量为54.1 Ci/day，在氧化物靶材中99Mo的产量为17.4 Ci/day、177Lu的产量为18.2 Ci/day以及90Y的产量为57.0 Ci/day。此外分析了天然氧化物在辐照条件下放射性杂质的含量，为后续分离纯化提供数据参考。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-03-24
摘要： X波段高梯度加速结构是能有效减小常温直线型加速器体积的核心部件。清华大学加速器实验室成功研制了0.65 m的X波段高梯度行波等阻抗加速结构。经过一系列精密的加工流程和调谐过程，加速结构的微波测试达到了预期的结果，进而在清华大学X波段高功率微波平台上进行高功率测试。测试过程中，整管的平均加速梯度达到了80 MV/m，首腔的平均加速梯度超过110 MV/m，达到了国际的前列水平。该结构的研制还将为清华大学承建的紧凑型准单能伽马源（VIGAS）项目提供重要的技术支撑。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-03-19
摘要： 超导同步回旋加速器具有超小型结构，造价更低，更适合应用于医院环境使用的质子治疗系统。相比于现在的质子治疗系统，应用了超导同步回旋加速器的质子治疗系统单次进行肿瘤治疗的费用更低，具有巨大的应用前景，因此取得许多加速器研发机构和企业的高度重视。再生引出系统是超导同步回旋加速器的关键系统，也是超导同步回旋加速中设计的关键和难点。本文针对一台质子治疗用230MeV质子超导同步回旋加速器开展了再生引出系统设计。由于再生引出系统与主磁场紧密相关，文章第一部分先开展了主磁铁的设计，并给出相关的动力学计算结果。现有的回旋加速器设计程序并没有针对同步回旋加速器再生引出系统的设计功能，故本文开发了能够进行再生引出系统设计的程序。设计结果显示230 MeV质子超导同步回旋加速器再生引出系统的设计满足引出要求，可以为超导同步回旋加速器其他系统的设计及工程建造提供参考。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-01-02
摘要： The Shanghai high-repetition-rate X-ray free-electron laser and extreme light facility (SHINE)operates at a maximum repetition rate of 1 MHz. Kicker magnets are key components thatdistribute electron bunches into three different undulator lines in a bunch-by-bunch mode. Thekicker field width must be less than the time interval between bunches. A lumped-inductancekicker prototype was developed using a vacuum chamber with a single-turn coil. The fullmagnetic-field strength was 0.005 T. This paper presents the requirements, designconsiderations, design parameters, magnetic field calculations, and measurements of the kickermagnets. The relevant experimental results are also presented. The pulse width of the magneticfield was approximately 600 ns, and the maximum operation repetition rate was 1 MHz. Thedeveloped kicker satisfies the requirements for the SHINE project. Finally, numerousrecommendations for the future optimization of kicker magnets are provided.
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2023-12-21
摘要： 超导质子回旋加速器是我国自主研发最先进的医学放疗装置之一。真空系统作为加速器的关键子系统，它为加速粒子提供了必要的运行环境。本研究旨在设计加速器的真空控制系统，以维持稳定的高真空环境。本文基于加速器的真空设计需求，采用西门子可编程逻辑控制器 (PLC) 硬件系统和实验物理及工业控制系统 (EPICS)软件框架完成了真空控制系统的设计。内容包括控制系统整体结构、系统运行逻辑、用户界面设计以及安全联锁等，结果表明，该系统在长期运行中，能使得真空系统保持高真空度，控制性能与稳定性满足设计要求，保障了加速器稳定运行。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2023-12-14
摘要： 空间电荷效应是强流质子加速器的核心问题之一，在注入和初始加速阶段其影响最大。采用相空间涂抹方法并优化其涂抹过程，可以有效地缓解空间电荷效应对束流注入和加速效率及发射度增长的影响。横向相空间涂抹方法可分为相关涂抹和反相关涂抹。在本文中，首先，我们对强流质子同步加速器的横向相空间涂抹方法进行深入研究，包括不同的涂抹方法和实现方式。其次，基于中国散裂中子源（CSNS）注入系统，对束流注入过程和反相关涂抹设计方案进行详细研究，深入探索实际垂直涂抹范围变小的原因和凸轨磁铁边缘聚焦效应对涂抹效果和束流动力学的影响。同时，简单介绍了在反相关涂抹机械结构基础上实现相关涂抹的方法及其对实现CSNS设计指标起到的关键作用。最后，根据未来加速器对不同涂抹注入方法在线切换的需求，我们提出了一种同时实现相关和反相关涂抹的新注入方案，并对其进行详细地论证、模拟和优化。
分类： 工程与技术科学 >> 工程物理学 分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2023-12-13
摘要： The China Spallation Neutron Source (CSNS) upgrade project (CSNS-II) aims to enhance the beam power from 100 to 500 kW. A dual-harmonic accelerating method has been adopted to alleviate the stronger space-charge effect in rapid-cycling synchrotrons owing to the increased beam intensity. To satisfy the requirements of dual-harmonic acceleration, a new radiofrequency (RF) system based on a magnetic alloy-loaded cavity is proposed . This paper presents design considerations and experimental results regarding the performance evaluation of the proposed RF system through high-power tests and beam commissioning. The test results demonstrate that the RF system satisfies the desired specifications and affords significant benefits for CSNS-II .
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2023-11-29
摘要： 加速器真空监控系统是加速器控制系统中一个重要的子系统，对于维持加速器的正常运行起着重要作用。传统大型控制系统的设计开发及研制过程高度依赖物理实体,整个系统的功能测试、性能验证全部集中在项目后期，导致控制系统开发周期较长、风险较高、后期现场调试时间紧张。为此，引入工业虚拟调试及虚拟机等技术，搭建了加速器真空监控系统的全层级虚拟仿真调试平台，在开发的早期阶段开始进行加速器空监控系统的并行协作式开发，全层级虚拟化调试及逻辑预演，最终通过现场配置将调试成果应用到现场，显著缩短现场调试的时间，降低对设备损耗、调试风险，提高项目的实施效率和工程设计的可靠性。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 分类： 电子与通信技术 >> 电子技术 提交时间： 2023-11-29
摘要： 目前能源紧缺的国际背景下，核能发展为重要清洁能源，质子加速器成为处理核废料的重要设备。在加速器束流轨道校正过程中，需要束流轨道参数辅助计算。神经网络目前应用在工业界各个领域，可以实现准确率高的数据拟合预测。因此，提出了一种基于边缘智能计算节点的直线加速器束流轨道参数预测技术。该方法通过BPNN对过往数据学习，生成模型部署到边缘计算节点加速预测BPM位置参数，可以使用边缘计算节点加速校正束流位置。实验结果表明，FPGA硬件加速器作为边缘加速节点仿真推理速度达到55us，能效比相比较GPU和CPU分别是其23.13倍和553.15倍左右，预测结果误差平均0.5%，时延和精度达到预期目标。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2023-11-07
摘要： EPICS控制软件广泛应用于粒子加速器等大型科学实验装置。根据装置规模的不同，其EPICS PV的数量从几万到上百万不等，快速查询EPICS PV的相关信息，可提升加速器的运维效率。为此，设计和开发了EPICS PV信息平台，该平台支持在统一的用户界面中查询 PV列表、实时状态、历史数据、操作日志以及IOC状态、IOC网络信息，并将这些信息关联在一起，实现综合展示。平台的用户界面采用Web技术，服务端基于Node.js运行环境开发以及结合EPICS社区已有的软件模块，网络信息采集等周期执行的程序采用Python语言开发。目前，EPICS PV信息平台已应用于CSNS加速器，并在实际运维中发挥了重要作用。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2023-08-21
摘要： The purpose of this study was to design a rapid cycling synchrotron, making it capable of proton beam ultra-high dose rate irradiation, inspired by laser accelerators. The design had to be cheap and simple. We consider our design from six aspects: the lattice, injection, extraction, space charge effects, eddy current effects and energy switching. Efficiency and particle quantity must be addressed when injected. The space charge effects at the injection could affect particles number. The eddy current effects in the vacuum chambers would affect the magnetic field itself and generate heat, all of which need to be taken into account. Fast extraction can obtain 1010 protons/pulse, equal to instantaneous dose rate up to 107 Gy/s in a very short time, while changing various extraction energies rapidly and easily to various deposition depths. In the further research we expect to combine a delivery system with this accelerator to realize the FLASH irradiation.
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2023-07-25
摘要： 基于 KONUS 束流动力学方案，完成了一台内置永磁四极透镜的紧凑型IH-DTL的束流动力学设计。该DTL内置两组永磁四极透镜，共37个加速单元，可将流强为20 emA的C6+离子束从0.5 MeV/u加速至4 MeV/u。在设计过程中，为了控制强流离子束在低能段的横纵向发射度增长，对加速间隙的电压、0度参考粒子的能量及相位设置、四极磁铁参数和束流注入相位设置进行着重优化。最终该 IH-DTL 的横向归一化RMS接受度达到 0.37 mmmrad，束流传输效率在95 %以上。
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