中子发生器束流传输光学系统研究及模拟计算

　　一个复杂的束流光学系统,在计算机模拟软件的帮助下可以短时间完成总体设计。以保证加速器的研制、调试和改进等工作有据可依,顺利进行。因此,研究束流光学系统模拟计算问题有着重要的意义。

　　束流传输过程中要求传输系统具有良好的匹配性。束流传输匹配是指:在束流传输中,如果离子碰不到传输统的内壁,而能无阻碍地到达靶上,则称之匹配[1]。束流传输的完全匹配是理想化的,实际工程中,要考虑束流损失可接受程度、工程设备造价和方便使用等因素。

　　本文用LEADS计算软件程序,根据各中子发生器的束流传输系统结构特点,以数据输入卡的形式调用相应计算模块,完成模拟计算。

　　1　中子发生器束流传输光学系统

　　中子发生器加速的是氘离子。束流传输光学系统主要包括初聚焦系统和后聚焦系统两部分。初聚焦系统是指从离子源出口到加速管入口之间的一个聚焦系统。后聚焦系统是指加速管入口到靶之间的一个聚焦系统。加速管是后聚焦系统主要的离子光学透镜。初聚焦系统和后聚焦系统不是相互独立的部分,它们必须是一个相互匹配的,整体聚焦良好的系统,才能在靶上获得聚焦良好的束流。

　　1.1　ns-200中子发生器束流传输光学系统

　　ns-200中子发生器加速的是氘离子,氘离子束的初始能量为20 keV,质量数为2,带1个单位的正电荷,原子序数为1。ns-200中子发生器的初聚焦系统主要由离子源引出电极、三圆筒单透镜、限制狭缝等组成[2],如图1所示。Vp为引出电压,Ve为单透镜中间电极电压,Va为单透镜前后两极电压(预加速电压)。引出电极和单透镜第一电极构成一个不等径的双圆筒透镜,该透镜的电压比为

　　单透镜的N2随之变化,可引起初聚焦系统成像位置的变化。离子束经单透镜聚焦成实像于限制狭缝处,限制狭缝的位置在一定范围内可以调整。

　　ns-200中子发生器的后聚焦系统主要包括加速管和偏转磁铁,其结构示意图如图2所示。加速管采用双圆筒透镜。在第一个圆筒上施加加速高压VHT,第二个圆筒上施加VHT/2,第三个圆筒接地。第一透镜的电压比为

　　第二透镜电压比为

　　聚焦作用主要取决于第一透镜的电压比N3。加速管的物点在限制狭缝处,限制狭缝恰好在加速管焦点附近。束流经加速管第一透镜成虚像,经第二透镜近似以平行光成实像于靶室。

　　上下偏转磁铁可调整束流中心,左右偏转磁铁进行质量分析,偏转角度为15°。

　　通过改变初聚焦系统成像位置和相应调整限制狭缝的位置,可改变加速管物点的位置,达到初聚焦系统和后聚焦系统的匹配。其限制狭缝至加速管第一透镜的间隙的距离可调。