四翼型变电压RFQ加速器场调谐方法的研究

加速器驱动放射性洁净核能系统和散裂中子源等大科学装置的建设，对质子加速器前端的RFQ加速器的流强和占空比提出了更高的要求。变电压设计的RFQ加速器，其翼间电压随离子能量的增加而增大，因其具有设计的RFQ长度短、场稳定性增强、以及设计灵活等优点，而在LEDA RFQ、LENS RFQ和IFMIF-EVEDA RFQ的设计被所采用。本项目拟基于变电压设计的四翼型RFQ加速器结构，开展场调谐物理和场调谐方法的研究，编写相应的场调平程序，建造一段变电压结构的铝模RFQ，测量各模式成分及场分布，完成对铝模RFQ的调谐，掌握和发展变电压结构的RFQ加速器场调谐方法和技术。该调谐技术预期能对四翼型变电压RFQ加速器的成功建造提供技术支持，具有重要的工程实用价值。

加速器驱动放射性洁净核能系统和散裂中子源等大科学装置的建设，对质子加速器前端的RFQ加速器的流强和占空比提出了更高的要求。变电压设计的RFQ加速器，其翼间电压随离子能量的增加而增大，因其具有设计的RFQ长度短、场稳定性增强、以及设计灵活等优点，而在LEDA RFQ、LENS RFQ和IFMIF-EVEDA RFQ的设计被所采用。掌握和发展变电压结构的RFQ加速器场调谐方法和技术，预期能对四翼型变电压RFQ加速器的成功建造提供技术支持，具有重要的工程实用价值。. 在项目的资助下，我们在深入调研常数电压及变电压RFQ加速器调谐物理及方法基础上，选择和建立了一套完整的理论分析模型。推导得到了场分布调谐的迭代过程的基本方程式，编写了场调谐程序并通过数值实验，进行了程序的调试与优化，确定了调谐的步骤。完成了一段1米长变电压四翼型RFQ铝模型腔的结构设计和高频计算，利用三维电磁场程序优化设计了该段模型腔的底切和二极模稳定杆。联系机加工厂家合作完成了该段变电压RFQ铝模型腔的加工图纸，完成了1米长RFQ铝模型腔腔体的加工。基于RFQ铝模型腔腔体建立了一套冷测调谐装置，顺利进行了调谐实验，验证了底切设计结果以及场调谐程序。将以上场调谐程序应用到清华大学3MeV强流RFQ加速器，对该3米长RFQ加速器进行了重新调谐，修改了15个铜调谐器的插入深度，重新调谐后四极工作模式场分布测量值误差由±7.3%减小到±2.6%，二极模式误差D13为±0.4%，D24为±1.4%，符合物理要求。进一步验证了研发的变电压RFQ加速器场调谐方法和程序的正确性。目前该台RFQ加速器的束流传输效率已由65%增大至91%。