Published December 22, 2017
| Version v1
Publication
Open
Design and cold model experiment of a continuous-wave deuteron radio-frequency quadrupole
Creators
- 1. Peking University
Description
A deuteron radio-frequency quadrupole (RFQ) is being built by the RFQ group at Peking University. It is a very compact high-current RFQ, operating at 162.5 MHz in continuous-wave mode. By optimizing the beam dynamics design, our simulations reached 98% transmission efficiency for acceleration of the 50-mA deuteron beam from 50 keV to 1 MeV, with an intervane voltage of 60 kV and a length of 1.809 m. This RFQ adopts a window-type structure, with low power consumption and sufficient mode separation, with no stabilizing rods required. Its magnetic coupling windows have been optimized by both electromagnetic simulation and the construction of an equivalent circuit model. The empirical equation based on the circuit model provides a new way to evaluate the effect of the window size on the frequency. In addition, an aluminum model of the full-length RFQ has been built and tested, and the results show good agreement with the simulations. During the tuning process, the magnetic coupling effect between quadrants was found to be unique to the window-type RFQ. We also propose a method to estimate the effects of different degrees of electric field unflatness on the beam transmission. For the cooling system design, the results of thermostructural analysis, verified by comparing results from ansys and cst, show that the special cooling channels provide a high cooling efficiency around the magnetic coupling windows. The maximal deformation of the structure was approximately $75\text{ }\text{ }\ensuremath{\mu}\mathrm{m}$. The beam-loading effect caused by a high current, and the coupler design, are also discussed.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تقوم مجموعة طلب عروض الأسعار في جامعة بكين ببناء قطب رباعي الترددات الراديوية (RFQ) للديوتيرون. إنه طلب عروض أسعار مضغوط للغاية وعالي التيار، يعمل بسرعة 162.5 ميجا هرتز في وضع الموجة المستمرة. من خلال تحسين تصميم ديناميكيات الشعاع، وصلت عمليات المحاكاة لدينا إلى 98 ٪ من كفاءة الإرسال لتسريع شعاع الديوتيرون 50 مللي أمبير من 50 كيلو فولت إلى 1 ميجا فولت، مع جهد بيني قدره 60 كيلو فولت وطول 1.809 متر. يعتمد طلب عرض الأسعار هذا هيكلًا من نوع النافذة، مع استهلاك منخفض للطاقة وفصل كافٍ للوضع، دون الحاجة إلى قضبان تثبيت. تم تحسين نوافذ الاقتران المغناطيسي الخاصة بها من خلال كل من المحاكاة الكهرومغناطيسية وبناء نموذج دائرة مكافئ. توفر المعادلة التجريبية القائمة على نموذج الدائرة طريقة جديدة لتقييم تأثير حجم النافذة على التردد. بالإضافة إلى ذلك، تم بناء واختبار نموذج ألومنيوم لطلب عروض الأسعار كامل الطول، وتظهر النتائج توافقًا جيدًا مع عمليات المحاكاة. أثناء عملية الضبط، وجد أن تأثير الاقتران المغناطيسي بين الأرباع فريد من نوعه بالنسبة لطلب عروض الأسعار من نوع النافذة. نقترح أيضًا طريقة لتقدير تأثيرات درجات مختلفة من عدم انتظام المجال الكهربائي على انتقال الشعاع. بالنسبة لتصميم نظام التبريد، تُظهر نتائج التحليل الهيكلي الحراري، التي تم التحقق منها من خلال مقارنة النتائج من ANSYS وCST، أن قنوات التبريد الخاصة توفر كفاءة تبريد عالية حول نوافذ الاقتران المغناطيسي. كان التشوه الأقصى للهيكل حوالي $ 75\text{}\text{}\ ensuremath{\ mu}\mathrm{m}$. كما تمت مناقشة تأثير تحميل الشعاع الناجم عن التيار العالي، وتصميم القارنة.Translated Description (French)
Un quadripôle radiofréquence (RFQ) deutérion est en cours de construction par le groupe RFQ de l'Université de Pékin. Il s'agit d'une RFQ haute intensité très compacte, fonctionnant à 162,5 MHz en mode onde continue. En optimisant la conception de la dynamique du faisceau, nos simulations ont atteint 98% d'efficacité de transmission pour une accélération du faisceau deutéron 50 mA de 50 keV à 1 MeV, avec une tension intervane de 60 kV et une longueur de 1,809 m. Cette demande de devis adopte une structure de type fenêtre, avec une faible consommation d'énergie et une séparation de mode suffisante, sans tiges de stabilisation requises. Ses fenêtres de couplage magnétique ont été optimisées à la fois par simulation électromagnétique et par la construction d'un modèle de circuit équivalent. L'équation empirique basée sur le modèle de circuit fournit une nouvelle façon d'évaluer l'effet de la taille de la fenêtre sur la fréquence. De plus, un modèle en aluminium de la demande de devis complète a été construit et testé, et les résultats montrent un bon accord avec les simulations. Au cours du processus de réglage, l'effet de couplage magnétique entre les quadrants s'est avéré unique à la RFQ de type fenêtre. Nous proposons également une méthode pour estimer les effets de différents degrés de non-platissement du champ électrique sur la transmission du faisceau. Pour la conception du système de refroidissement, les résultats de l'analyse thermostructurale, vérifiés en comparant les résultats d'ansys et de cst, montrent que les canaux de refroidissement spéciaux fournissent une efficacité de refroidissement élevée autour des fenêtres de couplage magnétique. La déformation maximale de la structure était d'environ 75 $ \text{ }\text{ }\ensuremath{\mu}\mathrm{m}$ . L'effet de charge du faisceau causé par un courant élevé et la conception du coupleur sont également discutés.Translated Description (Spanish)
El grupo de RFQ de la Universidad de Pekín está construyendo un cuadrupolo de radiofrecuencia (RFQ) de deuterón. Es una RFQ de alta corriente muy compacta, que funciona a 162,5 MHz en modo de onda continua. Al optimizar el diseño de la dinámica del haz, nuestras simulaciones alcanzaron una eficiencia de transmisión del 98% para la aceleración del haz de deuterones de 50 mA de 50 keV a 1 MeV, con una tensión de intervención de 60 kV y una longitud de 1.809 m. Esta RFQ adopta una estructura tipo ventana, con bajo consumo de energía y suficiente separación de modos, sin necesidad de varillas estabilizadoras. Sus ventanas de acoplamiento magnético se han optimizado tanto mediante simulación electromagnética como mediante la construcción de un modelo de circuito equivalente. La ecuación empírica basada en el modelo de circuito proporciona una nueva forma de evaluar el efecto del tamaño de la ventana en la frecuencia. Además, se ha construido y probado un modelo de aluminio de la RFQ de longitud completa, y los resultados muestran una buena concordancia con las simulaciones. Durante el proceso de ajuste, se descubrió que el efecto de acoplamiento magnético entre cuadrantes era exclusivo de la RFQ de tipo ventana. También proponemos un método para estimar los efectos de diferentes grados de falta de planitud del campo eléctrico en la transmisión del haz. Para el diseño del sistema de refrigeración, los resultados del análisis termoestructural, verificados mediante la comparación de los resultados de ansys y cst, muestran que los canales de refrigeración especiales proporcionan una alta eficiencia de refrigeración alrededor de las ventanas de acoplamiento magnético. La deformación máxima de la estructura fue de aproximadamente $ 75\text{ }\text{ }\ensuremath{\mu}\mathrm{m}$. También se analiza el efecto de carga del haz causado por una alta corriente y el diseño del acoplador.Files
PhysRevAccelBeams.20.120101.pdf
Files
(4.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:808a94e1ba0a755507e1f09313c32209
|
4.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصميم وتجربة نموذج بارد لموجة ديوتيرون رباعية الترددات الراديوية المستمرة
- Translated title (French)
- Conception et expérience de modèle à froid d'un quadrupôle radiofréquence deutérion à onde continue
- Translated title (Spanish)
- Diseño y experimento de modelo en frío de un cuadrupolo de radiofrecuencia de deuterón de onda continua
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2781342875
- DOI
- 10.1103/physrevaccelbeams.20.120101
References
- https://openalex.org/W1588264866
- https://openalex.org/W1964054950
- https://openalex.org/W2012947650
- https://openalex.org/W2031368833
- https://openalex.org/W2034104776
- https://openalex.org/W2039675060
- https://openalex.org/W2055150252
- https://openalex.org/W2087361136
- https://openalex.org/W2124803788
- https://openalex.org/W2313556227
- https://openalex.org/W2325845049
- https://openalex.org/W2462441939
- https://openalex.org/W2482449872