三腔介质壁质子加速器时序优化模拟及设计

摘要

本文采用自主研发的三维粒子模拟软件对三腔介质壁加速器进行系统仿真,在此基础上,计算三个腔质子的渡越时间并实现腔体间的时序优化设计.模拟结果显示:外加电压峰值100kV,顶宽1ns,半高宽10ns,绝缘微堆厚度2.0cm,质子初始束能40keV,加速电极添加钨网,当电压持续6.5ns时,进入HGI的H+通过第一腔能得到最大加速效率90.84％,相应的渡越时间为5.668ns;当第二腔电压触发落后第一腔4.5ns时,H+通过第二腔获得最大加速效率94.77％,相应的渡越时间为3.545ns;当第三腔电压触发落后第二腔3.0ns时,H+通过第三腔获得最大加速效率97.30％,相应的渡越时间为3.018ns;最大能量H+渡越三个腔体的总时间为12.231ns,H+总体加速效率94.31％;当质子束中心进入第一腔时刻落后脉冲电压触发6.5 ns,且一二腔和二三腔电压触发延时分别为4.5ns和3.0ns情形下,能将2.5ns长度的质子束中的H+实现90％以上的加速,4.0ns长度的质子束中的H+实现80％以上的加速.