强流重离子直线加速器IH型加速腔轴向电场平整性优化与实验研究

The Interdigital H-type drift tube Linac (IH DTL) is an efficient normal conducting accelerating structure in the velocity range between β≈0.01-0.2 for heavy ion linac (including proton linac). This structure can be designed at 30~300 MHz. Compared to Alvarez DTL, IH DTL has higher shunt impendence and can get the higher accelerating gradients. Very high gradients of up to 10.7 MV/m in pulsed operation have been achieved. The IH DTL is efficient for an energy range from100keV/u to 30 MeV/u, especially when combined with KONUS beam dynamics. Due to the compact structure, both the power consumption and the constructors cost reduce. The normal conducting IH structure cavity working at 100~200MHz will be investigated combined with the injector upgrade of CSR at IMP in Lanzhou. The RF characteristic and geometrical optimization of the IH structure will be deeply studied based on the simulations and the experiments.

IH DTL是一种适用于低β段(β≈0.01-0.2)重离子(含质子)直线加速器中的新型加速结构。该结构可以工作在较宽、较高的频率范围内(30~300MHz)。与传统的Alvarez DTL相比，IH结构最大的优点是具有较高的分路阻抗，能实现较高的加速梯度（10.7 MV/m），加速效率也比传统的 DTL高出一个量级。特别是结合了独特的KONUS束流动力学设计，能量输出范围可以做到100 keV/u 到 30 MeV/u 。同时由于腔体结构变得更为紧凑，在减少了腔体的功率损耗的同时，也降低了设备的造价成本。 本项目在国内首次开展高频率(100~200MHz)IH结构腔体的预制研究。将束流动力学与高频结构设计有机地结合起来，着重在理论模拟计算和实验验证方面研究IH腔体内部电磁场特性、探索IH结构轴向电场优化设计规律、掌握腔体加工制造关键工艺和核心技术、完成高频测量等一系列重要课题。

IH-DTL是一种适用于低β段（β≈0.01-0.2）重离子直线加速器中的加速结构。该结构在低能段具有较高的分路阻抗，能实现较高的加速梯度。本项目紧密结合中科院近物所CSR主环直线注入器的设计，在国内首次开展高频率（108.48MHz）常温IH结构腔体的预制研究。本课题的主要任务是在束流动力学设计的基础上，着重在理论模拟计算和实验验证方面分析研究IH腔体电磁场特性、探索IH内部结构优化设计规律、掌握腔体加工制造核心技术和关键工艺、完成高频腔冷模测试和实验数据分析等一系列重要课题。.本课题先后完成了以108.48MHz IH-DTL为主加速段的重离子直线加速器束流动力学设计，一段108.48MHz IH-DTL高频腔体的结构优化设计和铝制IH-DTL模型腔的研制和测试。经过测试，工作频率108.48MHz，轴向场分布与设计值一致，误差小于2%。通过本课题研究，课题组初步掌握了IH-DTL加速器物理设计和高频设计的方法；掌握了DTL腔体关键加工工艺和部分核心技术；初步解决了腔体和漂移管等关键技术问题；独立开发了测试软件并建立起了完整的测量系统平台。完成了项目申请书里的主要内容，为以后开展更深入的研究工作打下了坚实的基础。