采用自主开发的电磁粒子模拟软件对中国工程物理研究院研制的1 Me V介质壁质子加速器进行数值仿真,并对影响介质壁加速器的主要参数进行了系统分析,得到了可靠的优化方案。模拟结果显示:保持加速梯度20MV/m的情况下,HGI越厚,得到的束流能量峰值越高,束流值越大,需综合考虑加速器尺寸和所需的束流和束能,以选取合适的HGI厚度;峰值电流随加速梯度的减小而增大,即在特定要求,可以通过损失部分加速梯度得到更大的输出电流;输出束流峰值随输入电流大小线性增长,且输入束流每增加3 m A,对应输出峰值增加0.12 A,增长比率为1:40;输出束流峰值随输入束流半径的增加而减少,随法兰内半径的增大而增加;随着延时间距的增大,束流先增大后减小,最佳延时为21,21.5,21.7 ns,且电流值为不考虑延时的1.73倍。
采用自主研发的电磁粒子模拟软件对1 Me V介质壁质子加速器进行数值仿真,并分析了介质壁加速器加速场和束流特性。模拟结果表明:加速场轴向呈现匀强特性,径向电场呈现先压缩后发散;质子束团在加速段入口处横向聚焦,出口处横向发散,即需要设计外聚焦系统;输入质子束束流在30 m A、初始能量40 ke V以及加速电压300ke V时,能得到0.935 Me V质子束,在加速器出口后端束流呈现先增加后减小的规律,且在出口端5 cm处、脉冲下降沿来临时刻,能得到1.2 A的最大束流。
