一种抑制RFQ频漂的方法

技术领域

本发明涉及一种加速器技术领域，尤指一种能实现无频率漂移的通过水冷设计抑制RFQ频漂的方法。

背景技术

四翼型射频四极场(RFQ)加速器是强流质子加速器低能加速段离子源后选择的最佳加速结构，RFQ具有集横向聚焦、纵向加速及聚束于一体的优点，粒子加速所需的射频功率会使RFQ腔体发热变形并引起腔体谐振频率的变化，而频率漂移导致腔内射频场分布的变化；由于RFQ粒子的传输效率对射频场分布极其敏感，所以这种腔体频率漂移必须得到抑制。

发明内容

为了解决四翼型射频四极场(RFQ)加速器频率漂移导致腔内射频场分布变化的问题，本发明旨在提供一种通过优化水孔布局实现抑制RFQ频漂的设计方法。

本发明采用的技术方案是：一种抑制RFQ频漂的设计方法，先确定RFQ腔体截面形状和冷却水温，然后确定水流量，再根据确定内容参数，通过一般设计原则确定基础孔一和基础孔二的位置和尺寸，通过模拟优化法确定可变孔位的位置和尺寸，实现腔体无频漂。

所述的RFQ腔体整体呈圆柱体状，横截面呈圆形，RFQ腔体内的四条翼体把腔体在轴向方向上平均分成四个空腔。

所述的RFQ腔体内部的四条翼体形状和结构相同，分别呈轴向和径向对称，相邻两条翼体之间构成一个空腔。

所述的每条翼体的截面均为轴对称形状，对称轴两侧为两对称翼形。

所述的每条翼体上设置有沿RFQ腔体轴向贯穿的基准孔一、基准孔二和可变孔。

所述的一般设计原则指的是基础孔一设计在靠近RFQ腔体截面中心的位置，基础孔二设计在翼体中对称两翼形的位置。

所述的模拟优化法是指利用RFQ腔体壁形变对谐振频率的作用与RFQ电极形变对谐振频率的作用正好相反，通过对可变孔位的水孔位置及水流量的优化，使腔壁和电极的变形对谐振频率的作用相互抵消，实现腔内无频率漂移的水冷设计。

一种抑制RFQ频漂的设计方法，所述的设计方法是：采用ANSYSY为模拟分析软件，首先算出RFQ腔体原始频率作为C1，再根据实际腔耗算出腔体的热变形，确定冷却水温和水流量，这时腔体的频率变为C2，确定基础孔一、基础孔二的位置和形状，通过不断优化可变孔位的位置，使得C1＝C2，这时可变孔位的位置就是实现腔体无频漂的理想位置。

所述的设计方法用于四翼型射频四极场加速器。

本发明的有益效果是：本发明通过仿真模拟计算表明，可以通过优化RFQ截面上水孔的布局实现RFQ腔体内无频漂设计，更具体的是确定RFQ腔体的功耗，确定的工作温度，确定的水流量，就可以确定基础孔一和基础孔二的位置，通过优化可变孔的位置，实现腔体的无频漂，结果准确可靠，方法简单易行。

附图说明

图1是本发明中RFQ腔体截面示意图。

图2是本发明中二分之一翼体的截面设计结构示意图。

附图标注说明：1-基础孔一，2-基础孔二，3-可变孔位，4-RFQ腔体，5-翼体。

具体实施方式

以下结合说明书附图详细说明实施例的具体实施方式：

由于本发明中的RFQ腔体4呈规则的圆柱体状，四条翼体5呈轴向和径向对称，即呈中心对称，所以在本实施例中的附图，RFQ腔体4仅以横截面结构示意，具体如图1所示，翼体5仅以二分之一翼形形状示意，具体如图2所示。

如图1-2所示，一种抑制RFQ频漂的设计方法，所述的设计方法用于四翼型射频四极场加速器；先确定RFQ腔体4截面形状和冷却水温，然后确定水流量，再根据确定内容参数，通常对RFQ腔体4进行冷却时，得知道腔体的形状和大小，以及会产生的热量，得到需要冷却的水温，然后确定水流量，通过一般设计原则确定基础孔一1和基础孔二2的位置和尺寸，所述的一般设计原则指的是基础孔一1设计在靠近RFQ腔体4截面中心的位置，基础孔二2设计在翼体5中对称两翼形的位置；通过模拟优化法确定可变孔3位的位置和尺寸，所述的模拟优化法是指利用RFQ腔体4壁形变对谐振频率的作用与RFQ电极形变对谐振频率的作用正好相反，通过对可变孔3位的水孔位置及水流量的优化，使腔壁和电极的变形对谐振频率的作用相互抵消，实现腔内无频率漂移的水冷设计。

所述的RFQ腔体4整体呈圆柱体状，横截面呈圆形，RFQ腔体4内的四条翼体5把RFQ腔体4在轴向方向上平均分成四个空腔；所述的RFQ腔体4内部的四条翼体5形状和结构相同，分别呈轴向和径向对称，即中心对称，每相邻两条翼体5之间构成一个空腔，故共有四个空腔，每条翼体5的截面均为轴对称形状，对称轴两侧为两对称翼形，每条翼体5上设置有沿RFQ腔体4轴向贯穿的基准孔一、基准孔二和可变孔3，其中基准孔一有一个，基准孔二有两个，可变孔3有一个，其中基准孔一设置在靠近截面中心位置，基准孔二分别设置在两翼形上，可变孔3通过优化确定位置。

一种抑制RFQ频漂的设计方法，所述的设计方法是：采用ANSYSY为模拟分析软件，首先算出RFQ腔体4原始频率作为C1，再根据实际腔耗算出腔体的热变形，确定冷却水温和水流量，这时腔体的频率变为C2，确定基础孔一1、基础孔二2的位置和形状，通过不断优化可变孔3位的位置，使得C1＝C2，这时可变孔3位的位置就是实现腔体无频漂的理想位置。

本发明通过仿真模拟计算表明，可以通过优化RFQ截面上水孔的布局实现RFQ腔体4内无频漂设计，更具体的是确定RFQ腔体4的功耗，确定的工作温度，确定的水流量，就可以确定基础孔一1和基础孔二2的位置，通过优化可变孔3的位置，实现腔体的无频漂，结果准确可靠，方法简单易行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。