束流直线一体化加速结构

本发明涉及束流加速装置，尤其涉及一种束流直线一体化加速结构。

背景技术：

1、离子直线加速器是一种常用的直线加速器类型，其关键加速结构通常根据加速能量不同区分为四极场加速器(rfq)结构和漂移管(dtl)加速结构。工作原理和工作模式的不同导致他们是两个独立的、完全不同的加速结构。而且为了实现rfq和dtl之间的匹配传输，还需要专门设计一段包括若干四极磁铁和聚束装置的束运线。这些问题都是限制直线加速器进一步发展和推广的障碍。为了使得直线加速更好地得到推广应用，满足众多领域的迫切需求，充分发挥直线加速器束流强，束流品质好的优势，需要基于对射频加速模式的模拟分析研究，提出了一种多离子新型混合射频直线加速结构，以能够使直线加速变得更加紧凑高效。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种束流直线一体化加速结构，旨在能够减少腔体结构长度，且极大地提高加速效率，使得直线加速装置变得更加紧凑高效。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种束流直线一体化加速结构，适于加速从离子源引出的连续束流，且包括：多对电极杆及沿束流运动方向依次布设的多个环体，多个所述环体的轴向与束流运动方向一致且其具有的过孔对应束流运动路径设置，相邻两所述环体之间形成一加速间隙，所述电极杆的长度方向均与束流运动方向一致，每两对所述电极杆限定于一所述加速间隙内且分别与相靠近的两所述环体固接，各所述加速间隙内的两对所述电极杆正交分布；其中，沿束流运动方向，所述束流直线一体化加速结构的加速阶段依次为：第一阶段：各所述加速间隙内的所述电极杆形成横向聚焦四极场；第二阶段：所述电极杆表面被调制为波浪外形而产生纵向加速电场；第三阶段：沿束流运动方向，多个所述电极杆逐步缩短，多个所述环体逐步变长以具有漂移管加速结构功能，从而对束流同时实现四极场加速器结构及漂移管加速结构的加速功能；第四阶段：所述电极杆消失，多个所述环体形成多个完整漂移管且继续逐步变长而逐步增强对束流的漂移管加速结构功能。

4、根据本发明的一些实施例，各所述电极杆的端部连接于所述环体轴向的一端面、内周面或外周面而实现所述电极杆与所述环体固接。

5、根据本发明的一些实施例，在所述第三阶段，多个所述环体的内径及外径也逐步增大。

6、根据本发明的一些实施例，在所述第二阶段，沿束流运动方向，多个所述电极杆逐步缩短，多个所述环体逐步变长，多个所述环体的内径及外径也逐步增大。

7、根据本发明的一些实施例，所述第一阶段的首端设置一个入口环体，所述入口环体的束流入口端面、内周面或外周面连接有两对正交分布的电极杆，所述入口环体的束流出口端面、内周面或外周面连接有一对相对设置的电极杆。

8、根据本发明的一些实施例，所述环体被配置为圆环或者方环。

9、根据本发明的一些实施例，所述束流直线一体化加速结构具有腔体且还包括多个支撑杆，各所述环体的外周面通过至少一个所述支撑杆与所述腔体内壁连接。

10、根据本发明的一些实施例，所述支撑杆的长度方向与所述环体的径向一致。

11、根据本发明的一些实施例，各所述环体连接一个所述支撑杆，且各所述环体所连接的所述支撑杆在沿束流运动方向的横截面上呈间隔180°依次交替排列。

12、根据本发明的一些实施例，各所述环体的相对两侧分别连接一个所述支撑杆，且各所述环体所连接的所述支撑杆在沿束流运动方向的横截面上呈间隔90°依次交替排列。

13、本发明由于采取以上技术方案，其具有至少以下优点：

14、一、本发明提供的束流直线一体化加速结构中，于第一阶段，通过电极杆形成横向聚焦四极场以对粒子进行聚束；于第二阶段，通过电极杆表面调制波浪曲面而产生纵向加速电场以在实现横向聚束的同时，也完成在纵向上逐渐俘获和加速粒子；于第三阶段，通过电极杆逐步缩短及环体逐步变长以具有漂移管加速结构功能，兼具四极场加速器结构以及漂移管加速结构的加速功能；于第四阶段，电极杆消失，多个逐步变长的完整漂移管之间形成的纵向电场，对束流进行持续加速以达到最终的设计能量，也即本发明能够在一个结构腔体内兼具实现四极场加速器结构以及漂移管加速结构的加速功能。

15、二、自第一阶段经第二阶段及第三阶段至第四阶段，束流实现了被聚束以及被逐步加速直至获得最终设计能量的束流，整个加速过程持续连贯，相对于相关技术中独立设置而通过束运线连接的四极场加速器结构和漂移管加速结构，本发明结构紧凑，能够有效缩短加速结构的腔体结构长度。

16、三、由于环体和电极杆交替布设，再通过环体以及电极杆的尺寸变化实现第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段的递进，所以能够使得该束流直线一体化加速结构在保证兼具四极场加速结构和漂移管加速功能的同时更加紧凑。

17、四、在第一阶段、第二阶段和第三阶段中，能够在很短的范围内完成束流的俘获、聚焦和加速；在前面阶段中束流被持续加速，束流被快速提高到足够能量，在第四阶段中，通过多个继续变长的完整漂移管对束流持续加速，而进一步获得最终设计能量的束流，同时能明显改善和提高最终引出的束流品质；进一步地，由于能够足够高效加速，因此能够有效缩短加速结构的腔体结构长度。

18、五、由于使得原有两个独立的四极场加速器结构和漂移管加速结构互相匹配地融合在一起，而且省略了中间原有的中能束流匹配段的复杂设计，降低了束流直线加速器长度，从而极大地减少加速器的造价成本和运维费用。

技术特征：

1.一种束流直线一体化加速结构，其特征在于，适于加速从离子源引出的连续束流，且包括：

2.根据权利要求1所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

7.根据权利要求1至6任一项所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

10.根据权利要求8所述的束流直线一体化加速结构，其特征在于，

技术总结
本发明公开一种束流直线一体化加速结构，包括多对电极杆及沿束流运动方向依次布设的多个环体，环体轴向与束流运动方向一致且其过孔对应束流运动路径设置，相邻两环体形成一加速间隙，电极杆的长度方向均与束流运动方向一致，每两对电极杆限定于一加速间隙内且分别与相靠近的两环体固接，各加速间隙内的两对电极杆正交分布；沿束流运动方向，束流直线一体化加速结构加速阶段依次为：第一阶段：各加速间隙内的电极杆形成横向聚焦四极场；第二阶段：电极杆表面调制波浪曲面；第三阶段：沿束流运动方向，多个电极杆逐步缩短，多个环体逐步变长；第四阶段：电极杆消失，多个环体形成多个完整漂移管且逐步变长。本发明能使直线加速装置更加紧凑高效。

技术研发人员：殷学军,夏佳文,杜衡,李钟汕,杨建成,杨雅清,许哲,詹文龙,胡正国,徐瑚珊
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13