[发明专利]一种基于加速器束流光学的机器保护系统

说明书

本发明涉及一种基于加速器束流光学的机器保护系统，该系统包括故障环网，用于将故障信息送达同步加速器所有磁铁电源和高频控制系统，使得设备执行掉电响应，保持当前的束流状态；磁铁组合，所述磁铁组合中的磁铁具有设定相位关系能够产生局部凸轨，使得束流偏离真空管道中心靠近束流吸收体；束流吸收体，设置在所述局部凸轨最大或接近最大的位置，用于有效吸收束流。本发明不仅适用于加速过程，也同样适用于注入和引出平台，实现了同步加速器整个运行周期的机器保护。

技术领域

本发明是关于一种基于加速器束流光学的机器保护系统，涉及同步加速器领域。

背景技术

同步加速器是目前人类获得高能粒子最常用、最有效的装置，例如欧洲核子中心的LHC，中国散裂中子源CSNS以及兰州重离子加速器装置HIRFL-CSR等，成为人类探索未知世界、解决重大基础前沿问题的核心设备之一。同步加速器是一种加速电子或离子束流的装置，利用磁场提供约束力，高频电场提供加速力。束流被加速的过程中，磁场同步增加，将束流约束在一个固定的环形轨道上，高频频率同步增加，从而保持粒子回旋频率与高频加速电场同步。加速后的粒子携带有能量，对于强流同步加速器或者高能同步加速器，其中储存束流携带的能量非常可观，可以达到kJ到MJ的量级，一旦失去控制，会产生瞬间高密度能量沉积，将对加速器硬件产生多方面的危害，主要包括：(1)束流集中损失在一小块区域内，产生的温升可能破坏元件机械结构，甚至将元件融化；(2)引起数字电路的异常翻转，控制系统的误触发，甚至引发控制电路的崩溃；(3)进入低温系统，会引起超导元件失超，造成液氦压力的急剧上升，甚至产生爆炸，或者造成超导电缆永久性损伤。因此所有的强流和高能同步加速器都需要一套机器保护系统，能够在同步加速器内的元件发生故障或者束流状态异常时，将核能束流安全地损失在指定位置。

目前常用的机器保护系统主要基于Kicker(踢轨磁铁)，当触发机器保护后Kicker电源迅速向Kicker放电，建立局部二极磁场，循环束流经过时受到偏转作用，轨道发生变化，损失在下游的束流吸收体中。Kicker电源属于脉冲电源，一般采用脉冲形成线或脉冲形成网络，造价昂贵。局部二极磁场的建立时间在百ns到us量级，如果在上升过程中束流经过Kicker位置，受到的偏转角度在0到设计值之间，将无法保证全部损失在束流吸收体，因此对于有连续束模式的同步加速器，这种机器保护系统的效率较差，无法满足同步加速器全过程保护需求。另外，运行在束团模式的同步加速器，要求Kicker上升过程在两个束团之间，对于束团重复频率较高的同步加速器，要求的上升速度很快，励磁瞬间功率很大，达到GW量级，成为Kicker电源的造价较高的一个主要原因。

综上所述，可靠的机器保护系统对于强流同步加速器非常重要，不仅可以有效的保护加速器元件，也能够避免不可控的感生剂量对检修工作的影响。目前常用的机器保护方法主要是基于Kicker的，它的主要缺点是设备造价高昂，对连续束的保护效率较低，无法胜任同步加速器整个运行周期的机器保护。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一目的是提供一种能够对同步加速器整个运行周期进行保护且设备造价低廉的基于加速器束流光学的机器保护系统。

本发明的另一目的是提供一种能够使得束流偏离真空管道中心靠近束流吸收体的产生局部凸轨的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供的基于加速器束流光学的机器保护系统，该系统包括：

故障环网，用于将故障信息送达同步加速器所有磁铁电源和高频控制系统，使得设备执行掉电响应，保持当前的束流状态；

磁铁组合，所述磁铁组合中的磁铁具有设定相位关系能够产生局部凸轨，使得束流偏离真空管道中心靠近束流吸收体；

束流吸收体，设置在所述局部凸轨最大或接近最大的位置，用于有效吸收束流。