Rhodotron型加速器的动力学研究

论文摘要

Rhodotron是一种新型的CW电子加速器,已经被广泛应用在辐照加工领域。论文在研究Rhodotron加速原理的基础上,建立一套理论分析和动力学模拟计算相结合的研究方法,利用这套研究方法,有助于自主研制此类用于工业辐照的电子加速器。通过调研总结,论文从整体上明确这类加速器结构设计的方向:紧凑的结构、CW工作状态、高功率、高能量转化率。基于这种设计思路,论文对Rhodotron的各个子系统的结构和功能进行全面的分析。论文还从理论上分析研究了同步加速、纵向振荡以及横向聚焦等物理问题,为接下来的计算机程序模拟工作铺垫理论基础。论文利用Runge-Kutta方法计算单粒子动力学过程,用来校验Parmela程序模拟计算的可行性。在此基础上,论文利用Parmela对Rhodotron的束流动力学过程进行全面的研究,深入分析束团的同步条件、相聚过程等纵向动力学问题,以及束流横向聚焦过程、空间电荷效应等横向动力学问题。论文针对Rhodotron的频率特性、功率特性、注入电压以及束流负载特性等一系列工作特性,结合动力学模拟和理论推导,总结出优化设计的原则。根据这个原则,综合各种因素的影响,将模拟计算的最终结果与Rhodotron的原型机的实际参数相比较,发现二者的结果基本一致。由此,这套研究方法的可行性得到验证。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 课题目的和应用背景
• 1.2 辐照工业简介
• 1.3 Rhodotron 型加速器概述
• 1.4 最新研究进展
• 1.4.1 韩国的Fantron-Ⅰ
• 1.4.2 日本的Ridgetron
• 1.5 论文各部分的主要内容
• 第2章 Rhodotron 系统介绍
• 2.1 基本工作原理
• 2.2 Rhodotron 系统结构分析
• 2.2.1 电子枪
• 2.2.2 微波系统
• 2.2.3 加速系统
• 2.2.4 束流传输系统
• 2.2.5 其他辅助系统
• 第3章 Rhodotron 的加速原理及物理设计
• 3.1 Rhodotron 的加速原理
• 3.2 Rhodotron 的物理设计
• 3.2.1 同步条件
• 3.2.2 加速区域
• 3.2.3 偏转区域
• 3.3 Rhodotron 的动力学过程
• 3.3.1 同步加速
• 3.3.2 纵向运动
• 3.3.3 横向运动
• 第4章 Rhodotron 动力学模拟计算与分析
• 4.1 动力学模拟计算
• 4.1.1 初始参量的选择
• 4.1.2 纵向加速过程模拟
• 4.2 Rhodotron 的束流聚焦
• 4.2.1 螺线管磁透镜的聚焦作用
• 4.4.2 谐振腔RF 场的聚焦作用
• 4.2.3 偏转磁铁的聚焦作用
• 4.2.4 空间电荷力的作用
• 4.3 Rhodotron 的工作特性
• 4.3.1 频率特性
• 4.3.2 功率特性
• 4.3.3 注入电压特性
• 4.3.4 束流负载特性
• 4.3.5 束流损耗分布
• 4.4 高阶模式的影响
• 4.5 动力学模拟计算总结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢与声明
• 附录A
• 附录B
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果