新的SFC轴向注入系统及SFC-CSR匹配的设计研究

兰州重粒子加速系统（HIRFFL）是由注入器SFC（螺旋型扇聚焦加速器）和主加速器SSC（分离扇聚焦加速器）组成。注入器SFC使用外离子源轴向注入方法，注入从ECR离子源引出的低能高电荷态重离子束流。由于空间电荷效应、SFC杂散磁场及二极铁B02等的影响，SFC轴向注入系统的效率一直不高。近几年来，随着放射性束物理更广泛深入的开展，特别是正在建造的兰州重离子加速器冷却储存环（HRIFL-CSR）和超重核素合成的开展，SFC引出的束流强度很难满足其对束流强度的要求。而且，在SFC直接作为CSR前级注入器时，其引出的束流品质也无法满足CSR接收度的要求。为此，本文通过对SFC轴向注入系统的改进以及对SFC引出束流发射度的制备来研究提高SFC引出束流强度以及SFC直接作为CSR前级注入器时提高CSR注入效率的可行性和有效性。SFC轴向注入系统的改进设计物理思想是短线（即可能短的输运线）、束流中心化好、包络小、整个系统的容纳度大及六维相空间匹配传输等。通过有效地减小了杂散场及空间电荷效应等的影响，提高整个系统的容纳度，同时，设计一个较完善的六维相空间匹配系统，并尽可能的减小注入元件中横向相空间的藕合所造成的横向发射度的增大以达到提高注入效率的目的。论文首先束流传输理论和空间电荷效应的有关理论，然后对组成该系统的聚束器，螺线静电偏转器和轴向注入束流线的设计研究作了比较详细的描述。设计研究的结果表明，改进SFC轴向注入系统是可行的，也是有效的。与现在使用的轴向注入系统相比，束流注入效率可以提高1倍左右，束流调试时间也可有效缩短。SFC引出束流的制备原理是将SFC引出的轻的重离子束（C-Ar）采用前束线上的聚束器NBI对SFC引出束流纵向才巨空间进行调制，用后束线上的三狭缝系统对束流的横向相空间进行限制、从而改变束流的6维相空间的体积和形状，提高束流的品质，使其尽可能达到CSRm对注入束流的要求（能散要求和发射度要求）。计算表明，经过制备后的束流大部分都能满足CSR对束流品质的要求，提高了注入CSR的束流强度。该设计研究仅仅作为提高SFC的束流强度及SFC-CSR束流匹配的一个初步方案，其设计和计算正在进一步深入进行。