ADS啟明星1號(hào)的“跑兔”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
史永謙，張?巍，曹?健，羅皇達(dá)，權(quán)艷慧
在ADS(Accelerator Driven Sub-critical System，加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng))中，次臨界反應(yīng)堆在加速器中子源的作用下維持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。次臨界度監(jiān)測(cè)是ADS研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，跳源法是測(cè)量次臨界度的行之有效的方法之一，可以通過(guò)切斷加速器束流測(cè)量次臨界反應(yīng)堆內(nèi)中子通量的衰減得到。在研究次臨界反應(yīng)堆中子學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，用同位素中子源代替加速器中子源可以得到部分近似的結(jié)果。
本年度，設(shè)計(jì)加工了專門用于開展啟明星1號(hào)次臨界實(shí)驗(yàn)裝置跳源實(shí)驗(yàn)的252Cf源氣動(dòng)輸送系統(tǒng)，即跑兔系統(tǒng)。該系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、空氣過(guò)濾器、油霧器、調(diào)節(jié)閥、二位五通電磁閥、開關(guān)、導(dǎo)氣管、氣體換向座、锎源及貯存罐等組成。與通常的跑免系統(tǒng)相比，其特別之處在于通氣導(dǎo)管由兩根管子套裝組成，粗管套在細(xì)管外面，前端接導(dǎo)氣塞，后端接氣體換向座。粗管與細(xì)管之間的空腔和細(xì)管內(nèi)部的空腔用于氣體流通。當(dāng)把導(dǎo)氣管插入啟明星1號(hào)次臨界反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的源孔道內(nèi)，中子源就可以在細(xì)管內(nèi)依靠氣體的推動(dòng)在次臨界反應(yīng)堆與貯存罐之間的移動(dòng)，跳源時(shí)間小于0.1 s。
強(qiáng)流RFQ注入系統(tǒng)（LEBT）調(diào)試
馬鷹俊，崔保群，馬瑞剛，李立強(qiáng)，姜?沖，唐?兵，鄧金亭，蔣渭生，王榮文
在加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）項(xiàng)目中，由我院承擔(dān)研制的強(qiáng)流RFQ注入系統(tǒng)，包括ECR強(qiáng)流離子源及束流低能傳輸線（LEBT），從2005年8月移機(jī)中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所后，歷時(shí)半年多時(shí)間，解決了由于工作環(huán)境改變而帶來(lái)的一系列水、電、氣問(wèn)題，包括電器系統(tǒng)供電與控制的改造，水冷供給的升級(jí)，真空測(cè)量和安全連鎖的配套等；于2006年6月與RFQ對(duì)接前將系統(tǒng)完全恢復(fù)到了驗(yàn)收時(shí)的狀態(tài)，可以引出能量75 keV、超過(guò)60 mA的離子束，歸一化均方根束流發(fā)射度為0.13mrad，引出束流的質(zhì)子比好于80%。為確保與RFQ加速器安全可靠的聯(lián)機(jī)調(diào)試，并提供合格的束流，設(shè)計(jì)了一套用于強(qiáng)會(huì)聚束流的測(cè)量方法和裝置，實(shí)驗(yàn)測(cè)得75 keV、60 mA的質(zhì)子束在束腰處束徑小于3 mm，束張角小于71 mrad，確定了LEBT系統(tǒng)傳輸元件的主要參數(shù)。
在與RFQ加速器完成對(duì)接后，于2006年7月開始注入束流聯(lián)合調(diào)試，根據(jù)離線確定的各種參數(shù)，首次注入取得了RFQ加速器出口峰值流強(qiáng)20 mA和60%傳輸效率的結(jié)果。在提高高頻電場(chǎng)的饋入、參數(shù)匹配優(yōu)化后，出口流強(qiáng)達(dá)到了41 mA，傳輸效率大于90%（圖1），已經(jīng)非常接近項(xiàng)目指標(biāo)的要求。
在之后的調(diào)試實(shí)驗(yàn)中，解決了打火引起的一些電源設(shè)備的保護(hù)或損壞問(wèn)題，系統(tǒng)已經(jīng)可以穩(wěn)定地運(yùn)行并提供符合要求的束流，目前又取得了可喜的進(jìn)展。調(diào)試中，在75 keV能量下離子源引出束流為66 mA時(shí)，在RFQ入口處，束流強(qiáng)度為47 mA，質(zhì)子束在LEBT系統(tǒng)中的傳輸效率約為90%；RFQ出口束流峰值流強(qiáng)為42～44 mA，傳輸效率在90%～94%之間。目前，RFQ能夠可靠運(yùn)行在6%占空比，束流寬度1.2 ms，頻率50 Hz，平均流強(qiáng)為2.6 mA。實(shí)驗(yàn)波形如圖2所示。目前正在解決實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的RFQ傳輸效率與高頻電場(chǎng)開閉環(huán)調(diào)制模式的選擇、場(chǎng)相位穩(wěn)定性的關(guān)系以及RFQ腔體溫度控制精度對(duì)傳輸效率的影響等問(wèn)題，這些問(wèn)題解決后，RFQ加速器平均流強(qiáng)有望達(dá)到3 mA。
較高曲線是注入的44 mA的束流波形；較低曲線是輸出41 mA束流波形；傳輸效率為92%
較高曲線為47 mA的注入束流；較低曲線為44 mA的出口束流；傳輸效率為93.8%
到目前為止，LEBT系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試出束工作時(shí)間累計(jì)達(dá)450h，為RFQ提供束流200h以上，其中，最長(zhǎng)無(wú)打火在線運(yùn)行時(shí)間為出束60h，其中為RFQ供束30h，束流穩(wěn)定。目前，LEBT系統(tǒng)可隨時(shí)配合RFQ提供束流。
