cychu-10回旋加速器负氢内离子源技术研究

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchontheTechnologyoftheInnerNegativeHydrogenIonSourcesofCYCHU-10CyclotronCandidate:WangMiaoMajor:ElectricalMachineryandApparatusSupervisor:AssocProf.ChenDezhiH

2、uazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,HubeiP.R.China430074Jan.,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全

3、了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要低能回旋加速器广泛应用于生物、医学和核物理基础研究等领域。离子源是回旋加速器的关键部件，为加速器

4、提供质量可靠、束流稳定的离子束。近年来，随着正电子发射计算机断层成像(PositronEmissionTomography，PET)技术的快速发展，生产其所需的超短寿命放射性同位素的10～20MeV小型医用回旋加速器得到广泛的发展和应用。这些加速器由于结构紧凑，要求运行操作简单，故多采用冷阴极潘宁负氢内离子源。本研究的离子源放置在回旋加速器的中心区，可以提供35µA的离子束流，离子从加速器引出的能量为10MeV。本文以潘宁负氢内离子源为研究对象，主要的工作如下：第一章介绍了回旋加速器离子源研究的

5、目的和意义，国内外研究状况；第二章介绍了离子源等离子体的基本概念、放电原理，研究了氢气气体压强、放电电压对放电的影响，模拟了电子在无磁场和有磁场条件下在放电室中的运动情况，总结出磁场能够增加电子在放电室中的运动路程，加强电子对气体分子的碰撞电离；第三章主要讨论了束流引出相关的技术，包括束流引出理论、束流引出方法，结合实际的离子源引出系统要求，应用Ansys电磁场分析软件和Matlab数据处理软件对束流的引出进行仿真计算，研究了带电粒子在有磁场和无磁场中的运动轨迹，总结出磁场能够把电子从引出粒子流

6、中偏离出来，提高负氢离子流的纯度；使电子在离子鞘层中聚集，能够改变粒子引出面的形状和位置，对离子的引出产生影响，合适的磁场大小有利于离子的引出。第四章针对本文的研究做一总结，概括本文的研究工作和不足，指出后面工作的方向。关键词：负氢，内离子源，束流引出，等离子体，模拟仿真IAbstractLow-energycyclotroniswidelyusedinbiology,medicine,basicresearchofnuclearphysicsandotherfields.Ionsourceis

7、akeycomponentofCyclotron,whichprovidesreliableandstableionbeamforCyclotron.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofthepositronemissiontomography(PET)technology,smallmedicalcyclotronwithenergyofabout10~20MeV,whichproducestheshort-livedradioisotopesiswi

8、delydevelopedandapplied.TheinnernegativehydrogenPenningionsourcewithcoldcathodeisusuallyusedbecauseofthecompactstructureandthesimpleoperation.Inthisstudy,theionsourceisplacedinthecenterofthecyclotron,theionbeamprovidedisupto35µAandtheionenergyextract