發(fā)布時間：2020-03-31 01:42

【摘要】：X波段高梯度加速技術(shù)是常溫加速結(jié)構(gòu)的研究熱點,在正負(fù)電子對撞機、自由電子激光、小型光源和緊湊型醫(yī)療裝置中有著廣泛的應(yīng)用前景。提升加速梯度可以大大縮小裝置的尺寸,降低裝置的造價。限制加速結(jié)構(gòu)達(dá)到高梯度的重要制約因素是射頻擊穿現(xiàn)象,該現(xiàn)象會引起束流品質(zhì)下降、腔間相移改變、加速結(jié)構(gòu)表面損傷等不利影響,研究并抑制射頻擊穿現(xiàn)象對于實現(xiàn)高梯度加速結(jié)構(gòu)具有重要意義。另一方面X波段加速結(jié)構(gòu)中的尾場效應(yīng)嚴(yán)重,尾場會對束團(tuán)產(chǎn)生惡劣影響甚至導(dǎo)致束流崩潰。為了實現(xiàn)裝置在多束團(tuán)模式下的穩(wěn)定工作,目前人們研制出了多種可以阻尼尾場的加速結(jié)構(gòu)。Choke-mode加速結(jié)構(gòu)是一種可以抑制高階模式的強阻尼結(jié)構(gòu),具有加工簡單、成本低廉、表面磁場低等優(yōu)點。經(jīng)過多年的發(fā)展,C波段的Choke-mode加速結(jié)構(gòu)已應(yīng)用于可在多束團(tuán)模式下工作的自由電子激光裝置中,但其在X波段下的研究僅停留在理論設(shè)計階段。目前,國內(nèi)外對X波段Choke-mode加速結(jié)構(gòu)的高梯度性能研究鮮見報道,人類對其在高梯度下的射頻擊穿現(xiàn)象認(rèn)識很少。本論文首先采用行波多腔加速結(jié)構(gòu)開展了加速結(jié)構(gòu)測試的實驗方法研究,通過高梯度實驗總結(jié)出具有普適性的研究分析方法。該加速結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工作時的加速梯度達(dá)到110 MV/m,驗證了清華大學(xué)加速器實驗室的高梯度研制技術(shù)。本論文設(shè)計并制作兩節(jié)型Choke-mode單腔加速結(jié)構(gòu),開展高梯度實驗,對choke中的射頻擊穿現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究。提出利用場致發(fā)射電流信號作為choke中射頻擊穿事件的依據(jù),并在表面形態(tài)觀察中得到了驗證。通過對射頻擊穿時間分布的研究,發(fā)現(xiàn)射頻擊穿具有脈沖寬度和電場記憶效應(yīng),單一微波脈沖內(nèi)的射頻擊穿概率不符合經(jīng)驗公式中脈寬5次方和電場30次方的關(guān)系。射頻擊穿概率的研究表明老練過程存在10~7量級的微波脈沖變化常數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)choke內(nèi)過高的電場和較小的尺寸引發(fā)了嚴(yán)重的射頻擊穿,choke內(nèi)的射頻擊穿限制了加速結(jié)構(gòu)梯度的提升。通過降低choke區(qū)域的電場和擴大choke區(qū)域的尺寸,論文工作設(shè)計并研制出高梯度Choke-mode單腔加速結(jié)構(gòu),實驗中最大加速梯度可達(dá)130 MV/m。通過比較不同尺寸choke的高梯度實驗結(jié)果,論文總結(jié)出評估Choke-mode加速結(jié)構(gòu)高梯度性能的參量,為將來設(shè)計高梯度Choke-mode行波多腔加速結(jié)構(gòu)打下了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL503

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 邵佳航;高梯度加速結(jié)構(gòu)中射頻擊穿現(xiàn)象的研究[D];清華大學(xué);2016年

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本文編號：2608372