近代物理研究所近期建成一臺高電荷態(tài)重離子RFQ（射頻四極）加速器和與之匹配的強(qiáng)流高電荷態(tài)激光離子源。這是在我國建成出束的第一臺高電荷態(tài)重離子RFQ加速器和第一臺用于加速器的高電荷態(tài)激光離子源，在未來的重離子腫瘤治療專用加速器和強(qiáng)流重離子同步加速器等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用前景。

　　通過與國外同行合作建成的高電荷態(tài)重離子RFQ加速器是一臺四桿型的RFQ加速器，設(shè)計(jì)能量約600KeV/u, 射頻頻率100MHz,實(shí)驗(yàn)束流調(diào)試中所加的射頻功率165kW, 脈沖長度300μs,重復(fù)頻率1Hz，其目標(biāo)是加速并獲得幾十毫安的高電荷態(tài)重離子脈沖束流。經(jīng)過初步束流調(diào)試，激光離子源產(chǎn)生的多電荷態(tài)碳離子束直接注入到RFQ加速器中，12C6+ 離子經(jīng)過RFQ加速器加速的能量約600keV/u，在束流診斷系統(tǒng)測量到5－6毫安的脈沖束流，其中12C6+束流強(qiáng)度約2－3毫安。經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試，束流傳輸效率、束流強(qiáng)度和束流穩(wěn)定性將進(jìn)一步提高。圖一是RFQ加速器和激光離子源；圖二給出了激光離子源產(chǎn)生的多電荷態(tài)譜圖圖三是RFQ加速器出口測量的束流脈沖。

 

圖一 RFQ加速器和激光離子源

同時(shí)建成的強(qiáng)流高電荷態(tài)激光離子源，利用了一臺3焦耳的Nd/YAG激光器，波長1064nm，脈沖寬度8－10 ns, 實(shí)驗(yàn)時(shí)重復(fù)頻率1Hz。這臺激光離子源在離線調(diào)試階段，曾產(chǎn)生碳多電荷態(tài)混合束流約30－50毫安，其中12C6+束流強(qiáng)度達(dá)到4－6毫安。下一步將優(yōu)化調(diào)試，以提高靶上的激光功率密度和產(chǎn)生的高電荷態(tài)離子束流強(qiáng)度，一并改進(jìn)激光等離子體注入系統(tǒng)，以提高注入到RFQ加速器中的束流效率。

　　這種利用激光等離子體直接注入的RFQ加速器的主要特點(diǎn)是省去了低能束流傳輸線，可大幅度減小強(qiáng)流束空間電荷效應(yīng)，從而可獲得高流強(qiáng)的脈沖離子束。

　　這項(xiàng)工作是趙紅衛(wèi)研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)與國外同行合作完成的，美國布魯海文（BNL）實(shí)驗(yàn)室的同行專家參加了束流調(diào)試。該項(xiàng)研究得到中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程和國家基金委創(chuàng)新群體等項(xiàng)目的資助。

 

圖二 激光離子源產(chǎn)生的多電荷態(tài)譜圖

圖三 RFQ加速后通過FCT和快法拉第筒測量的束流脈沖