摘要：ADS嬗变系统质子直线加速器包含两台能量为10 MeV、流强为10 mA的注入器.为保证质子直线加速器的稳定性、可靠性和可用性,一台注入器工作时,另一台注入器处于热备份(hot stand-by spare)状态.注入器由一台引出能量为35 keV的电子回旋共振(ECR)离子源、一条低能传输线(LEBT)、一台能量约为3 MeV四翼型射频四极子(RFQ)加速器和一段能量从3～10Mev的超导加速器构成.为研究和开发注入器的物理与技术,注入器I和Ⅱ的工作频率分别选为325 MHz和162.5 MHz,超导加速器的加速结构也分别选为条辐型超导腔(spoke cavity)和半波长超导腔(half wave Cavity).这里,我们将给出注入器I RFQ的详细设计.注入器I RFQ的物理设计遵循以下几个原则:(1)适当的束流流强.作为国内首台连续模式(CW)下运行的RFQ,在满足ADS嬗变系统质子直线加速器束流要求下,不必过分追求升级潜力;(2)合适的RFQ长度.为便于加工和水冷,RFQ加速器的总长度限制在4.8 m以下.RFQ将由4个工艺段组成,每个工艺段长度小于1.2 m;(3)大于98%的束流传输效率.因为束流损失功率会进一步恶化由RF功耗产生的RFQ形变;(4)尽量低的单位长度和单位面积的腔耗,减轻水冷负担;(5)尽量小的RFQ出口束流发射度,以利于后面加速器的设计;(6)冗余的水冷保护措施,确保RFQ的运行安全;(7)保守的RF耦合器设计,确保耦合器的运行安全;(8)充分利用现有RFQ的设计和运行经验;基于以上原则,我们将对注入器I RFQ进行动力学设计、二维结构设计、三维机构设计、二维热分析和RFQ腔体水冷设计、三维热分析及RFQ耦合器的设计.目前已完成动力学设计和二维结构设计,其他方面的设计也正在进行.RFQ的主要设计参数如下:注入能量35 keV、引出能量3.2 MeV、束流强度15 mA、极间电压55 kV、束流传输效率98.7%、单位长度腔耗41.68 KW、输出归一化均方根发射度0.2/0.2/0.0612πmm·mrad/πmm·mrad/Mev-deg、RFQ长度4 369.95 cm、平均束流孔径2.775 mm、电极头半径2.775 mm.
