A superconducting ion-Linac (iLinac), which is supposed to work as the injector in the High Intensity heavy-ion Accelerator Facility project, is under development at the Institute of Modern Physics (IMP), Chinese Academy of Sciences. The iLinac is a superconducting heavy ion linear accelerator approximately 100 meters long and contains 96 superconducting cavities in two types of 17 cyromodules. Two types of superconducting resonators (quarter-wave resonators with a frequency of 81.25 MHz and an optimal beta β = v/c = 0.07 called QWR007 and half-wave resonators with a frequency of 162.5 MHz and an optimal beta β = 0.15 called HWR015) have been investigated. The cavity design included extensive multi-parameter electromagnetic simulations and mechanical analysis, and its results are described in details. The fundamental power coupler and cavity dynamic tuner designs are also presented in this article. The prototypes are under manufacturing and expected to be ready in 2023.
As a part of R&D work for the high intensity proton linac of China Accelerator Driven Sub-critical System project, a superconducting half-wave cavity with a frequency of 162.5 MHz and an optimal beta of 0.15 (HWR015) has been developed at Institute of Modern Physics (IMP), Chinese Academy of Sciences. In this paper, the design and test results will be described in detail. We introduced a new stiffening strategy for the HWR cavity, the simulation results show that the cavity has much lower frequency sensitivity coefficient (df/dp), Lorentz force detuning coefficient (KL), and can achieve more stable mechanical properties. The performance of the HWR cavity operated in cryostat will be also reported.
A real-time digital time-stamp sorting algorithm used in the In-Beam positron emission tomography (In-Beam PET) is presented. The algorithm is operated in the field programmable gate array (FPGA) and a small amount of registers, MUX and memory cells are used. It is developed for sorting the data of annihilation event from front-end circuits, so as to identify the coincidence events efficiently in a large amount of data. In the In-Beam PET, each annihilation event is detected by the detector array and digitized by the analog to digital converter (ADC) in Data Acquisition Unit (DAQU), with a resolution of 14 bits and sampling rate of 50 MS/s. Test and preliminary operation have been implemented, it can perform a sorting operation under the event count rate up to 1 MHz per channel, and support four channels in total, count rate up to 4 MHz. The performance of this algorithm has been verified by pulse generator and 22Na radiation source, which can sort the events with chaotic order into chronological order completely. The application of this algorithm provides not only an efficient solution for selection of coincidence events, but also a design of electronic circuit with a small-scale structure.
M. Wang;L. Liu;L.M. Zhao;M.H. Li ;W.D. Ma;H.C. Hu ;Z.G. Wu;J.Q. Feng ;Y. Yang ;L. Zhu ;M. Chen ;T.A. Zhou;H. Jia;J. Zhang ;L. Cao ;L. Zhang ;R.R. Liang;B.J. Ding ;X.J. Zhang ;J.F. Shan;F.K. Liu ;A. Ekedahl ;M. Goniche ;J. Hillairet;L. Delpech
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.11
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pp.4102-4110
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2022
Aiming at high-power and long-pulse operation up to 1000 s, some improvements have been made for both 2.45 GHz and 4.6 GHz lower hybrid (LH) systems during the recent 5 years. At first, the guard limiters of the LH antennas with graphite tiles were upgraded to tungsten, the most promising material for plasma facing components in nuclear fusion devices. These new guard limiters can operate at a peak power density of 12.9 MW/m2. Strong hot spots were usually observed on the old graphite limiters when 4.6 GHz system operated with power >2.0 MW [B. N. Wan et al., Nucl. Fusion 57 (2017) 102019], leading to a reduction of the maximum power capability. With the new limiters, 4.6 GHz LH system, the main current drive (CD) and electron heating tool for EAST, can be operated with power >2.5 MW routinely. Long-pulse operation up to 100 s with 4.6 GHz LH power of 2.4 MW was achieved in 2021 and the maximal temperature on the guard limiters measured by an infrared (IR) camera was about 540 ℃, much below the permissible value of tungsten material (~1200 ℃). A discharge with a duration of 1056 s was achieved and the 4.6 GHz LH energy injected into the plasma was up to 1.05 GJ. Secondly, the fully-active-multijunction (FAM) launcher of 2.45 GHz system was upgraded to a passive-active-multijunction (PAM), for which the density of optimum coupling was relatively low (below the cut-off value). Good coupling with reflection coefficient ~3% has been achieved with plasma-antenna distance up to 11 cm for the new PAM. Finally, in order to eliminate the effect of ion cyclotron range of frequencies (ICRF) wave on 4.6 GHz LH wave coupling, the location of the ICRF launcher was changed to a port that is located 157.5° toroidally from the 4.6 GHz LH system and is not magnetically connected.
A solid tungsten target was used at the China Spallation Neutron Source (CSNS) with 100 kW proton beam power. To improve the lifetime, hot isostatic pressing (HIP) process was selected to bond tantalum cladding with tungsten plates. Radioactive isotope 182Ta, an activation product of tantalum, was found in the cooling water after a period of operation, however, no radioactive isotopes of 187W was found, which shows the tantalum layer remained mostly intact. The CSNS Target-1 had been operating safely for three years and was replaced by Target-2 in August 2020.
We present a Yb-doped narrow-linewidth polarization-maintaining all-fiber amplifier that achieves a high mode-instability (MI) threshold, high output power, and 9.7-GHz spectral linewidth. Six wavelength-multiplexed laser diodes are used to pump this amplifier. First, we construct a high-power fiber amplifier based on a master oscillator-power amplifier configuration for experiments. Subsequently, we examine the MI threshold by individually pumping the amplifier with wavelengths of 976, 974, 981, 974, and 981 nm respectively. The experimental results demonstrate that the amplifier exhibits a high MI threshold (>3.5 kW) when pumped with a combination of wavelengths at 974 and 981 nm. Afterward, we inject an optimized phase-modulated seed with a nearly flat-top spectrum into this amplifier. Ultimately, laser output of 3.2 kW and 9.7 GHz are obtained.
We developed a Dual-PPACs detector for fast neutron measurements that consists of two sets of PPAC: conventional PPAC and fission PPAC. A238U(U3O8) coating is placed in the fission PPAC's anode, which is used as the neutrons conversion layer. An experiment was performed to measure neutron time-of-flight (TOF) in which 252Cf spontaneous fission source was used. An excellent time resolution of 164ps has been observed at 6 mbar in isobutene gas. With the excellent time resolution of Dual-PPACs detector, exact neutron energy can be extracted from the timing measurement. The experimental detection efficiency was 1.9 × 10-7, consistent with the efficiency of 2.5 × 10-7 given by a Geant4 simulation. Ultimately, the results show that the Dual-PPACs detector is a suitable candidate for measuring fast neutrons in the future CiADS system.
The EAST ICRF system operating space has been extended in power and phase control with a low-level RF system for the new double-strap antenna. Then the multi-step power and periodic phase scanning experiment were conducted in L-mode plasma, respectively. In the power scanning experiment, the stored energy, radiation power, plasma impedance and the antenna's temperature all have positive responses during the short ramp-ups of PL;ICRF. The core ion temperature increased from 1 keV to 1.5 keV and the core heating area expanded from |Z| ≤ 5 cm to |Z| ≤ 10 cm during the injection of ICRF waves. In the phasing scanning experiment, in addition to the same conclusions as the previous relatively phasing scanning experiment, the superposition effect of the fluctuation of stored energy, radiation power and neutron yield caused by phasing change with dual antenna, resulting in the amplitude and phase shift, was also observed. The active control of RF output facilitates the precise control of plasma profiles and greatly benefits future experimental exploration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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