脉冲线离子加速器基础研究

加速器驱动高能量密度物理及温密物质的研究需要强流短脉冲重离子束，脉冲线离子加速器（PLIA）就是应此要求而提出的一种新型加速器。PLIA的基本工作原理是利用Helix线慢波结构，将脉冲功率源提供的加速电压形成一个行波来加速粒子，同时实现粒子束的纵向压缩。PLIA可以加速重离子到数十兆电子伏、束流数百安培，脉冲宽度压缩至数十纳秒；理论计算其加速梯度可达3～5MV/m，并且研发和建造成本较低，极具有研究应用前景。本项目拟对PLIA进行基础性研究，理论上根据PLIA的基本原理设计一台小型样机，利用软件模拟Helix线上的波传输及其内部加速场分布、计算束流传输及压缩；实验上实际测量出Helix线上传播的波形及内部轴线上的电场场强，分析Helix结构对波速、加速电场的分布及传播的影响；利用实验室现有条件，进行重离子束加速试验，研究PLIA加速粒子的特性。

在青年基金的资助下，我们采用CST软件对PLIA内部的电场的分布及传播进行了仿真，模拟获得了PLIA内部的加速场分布及加速行波传输波速。在此基础上设计并加工了一台用于原理性验证实验的PLIA样机，实际测量了波速并利用清华大学的光电集成强电场测量传感器国际上首次对内部电场进行了测量，最后，在近物所的ECR离子源束线上完成了束流加速实验，利用脉冲功率源峰峰值12kV的电压形成的加速波，成功地将24keV的He+加速到了55keV。.本研究工作的意义主要是完成了对PLIA内部电场的测量，并成功实现了对PLIA这种新型重离子加速器的原理性验证实验。