低能强流离子束空间电荷补偿机理与技术的研究

拟开展补偿机理与技术的研究，是在前一个面上基金的基础上展开的。离子束的空间电荷补偿技术与加速器技术同等重要。迄今为止，对该问题的研究还不透彻。拟开展的研究 将从补偿方式、实验研究、理论发展等方面展开，建立具有普适性的"补偿度"的概念，开展不同束流条件、不同补偿条件下的实验研究，发展低能强流离子束空间电荷补偿机理的理论模型。这些研究将促进低能强流离子束空间电荷补偿技术的发展，为低能强流离子加速器LEBT系统的合理化设计等提供充分的依据，解决加速器设计工程中的理论和工程问题。

本项目研究的对象为低能强流束空间电荷补偿机理和补偿技术。研究从实验台的功能完善、强流离子束空间电荷补偿实验研究和补偿理论模型的完善等3个方面展开。在实验台改造方面，增加了水冷气阻管和分子泵机组等改善系统本底真空的设备，补偿区的本底真空从原来的1.5x10-3Pa 降到3.7x10-4Pa，添置了束流剖面测量仪，更新了功率更高的螺线管磁铁的电源，在引出区增开了一个补偿气体注入窗口，添加了外注入电子束补偿；在实验研究方面，我们在较宽的真空范围内研究H+/He+束流在Ar/Kr/N2补偿气体参与下束流的空间电荷补偿度、束流发射度、束流输运效率等随真空度、气体种类的变化规律，并将研究成果成功地运用到北京大学两器一腔项目的注入器设计和介质壁加速器质子注入器等项目的当中，获得了全面的成功（前者于2013年6月2日成功验收，后者与2013年7月10日完成验收）。在理论发展方面，进一步完善了“粒子寿命分布模型”，重新定义了“空间电荷补偿度”的概念，完成了补偿建立过程的算法，并得到了合理的理论结果。