近物所建成高电荷态重离子RFQ加速器和强流激光离子源

2011-1-19 23:01 来源: 中国科学院
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  中科院近代物理研究所近期建成一台高电荷态重离子RFQ(射频四极)加速器和与之匹配的强流高电荷态激光离子源。这是在我国建成出束的第一台高电荷态重离子RFQ加速器和第一台用于加速器的高电荷态激光离子源,在未来的重离子肿瘤治疗专用加速器和强流重离子同步加速器等领域具有重大应用前景。

  通过与国外同行合作建成的高电荷态重离子RFQ加速器是一台四杆型的RFQ加速器,设计能量约600KeV/u,射频频率100MHz,实验束流调试中所加的射频功率165kW,脉冲长度300μs,重复频率1Hz,其目标是加速并获得几十毫安的高电荷态重离子脉冲束流。经过初步束流调试,激光离子源产生的多电荷态碳离子束直接注入到RFQ加速器中,12C6+离子经过RFQ加速器加速的能量约600keV/u,在束流诊断系统测量到5-6毫安的脉冲束流,其中12C6+束流强度约2-3毫安。经过优化调试,束流传输效率、束流强度和束流稳定性将进一步提高。图一是RFQ加速器和激光离子源;图二给出了激光离子源产生的多电荷态谱图和RFQ加速器出口测量的束流脉冲。

  同时建成的强流高电荷态激光离子源,利用了一台3焦耳的Nd/YAG激光器,波长1064nm,脉冲宽度8-10ns,实验时重复频率1Hz。这台激光离子源在离线调试阶段,曾产生碳多电荷态混合束流约30-50毫安,其中12C6+束流强度达到4-6毫安。下一步将优化调试,以提高靶上的激光功率密度和产生的高电荷态离子束流强度,一并改进激光等离子体注入系统,以提高注入到RFQ加速器中的束流效率。

  这种利用激光等离子体直接注入的RFQ加速器的主要特点是省去了低能束流传输线,可大幅度减小强流束空间电荷效应,从而可获得高流强的脉冲离子束。

  这项工作是赵红卫研究员领导的研究团队与国外同行合作完成的,美国布鲁海文(BNL)实验室的同行专家参加了束流调试。该项研究得到中国科学院知识创新工程和国家基金委创新群体等项目的资助。

图一、建成的重离子高电荷态RFQ和激光离子源

图二、左图:激光离子源产生的多电荷态谱图;右图:RFQ加速后通过FCT和快法拉第筒测量的束流脉冲