發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 23:15

【摘要】：漂移管直線加速器(Drift Tube Linac)的冷測(cè)調(diào)諧是加速器研制過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),對(duì)于實(shí)現(xiàn)物理設(shè)計(jì)目標(biāo)和加速器穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。文章對(duì)DTL調(diào)場(chǎng)原理進(jìn)行了比較詳細(xì)的闡述,構(gòu)建等效電路模型,分別從等效電路和色散曲線推導(dǎo)耦合桿使DTL穩(wěn)定的條件;從頻率對(duì)單元平均電場(chǎng)影響和等效電路兩個(gè)方面推導(dǎo)耦合桿旋轉(zhuǎn)對(duì)電場(chǎng)的影響。探究調(diào)場(chǎng)規(guī)律的原理,比較創(chuàng)新的是利用考慮互感的等效電路解釋了傾斜敏感度與耦合桿長(zhǎng)度變化規(guī)律:等效電路電流與單元電場(chǎng)有對(duì)應(yīng)關(guān)系,等效電路支路阻抗無(wú)窮時(shí),支路電流為0,各單元主路電流不變,從而單元電場(chǎng)不變,對(duì)應(yīng)穩(wěn)定值狀態(tài)。而阻抗接近0時(shí)則支路電流較大,支路電流非常大,主路電流接近0,呈現(xiàn)出單元電場(chǎng)局部為0的不穩(wěn)定狀態(tài)。而隨著耦合桿長(zhǎng)度變化,支路阻抗隨耦合桿長(zhǎng)度而變化,阻抗正負(fù)變化對(duì)應(yīng)著傾斜敏感度斜率的正負(fù)交替。搭建了相應(yīng)的調(diào)場(chǎng)平臺(tái),通過(guò)改進(jìn)裝置,提高饋入功率,降低測(cè)量帶寬,固定傳輸線,使用屏蔽性能更好的傳輸線,增大耦合環(huán)面積提高了測(cè)量的重復(fù)性。由于實(shí)驗(yàn)腔本身加工與設(shè)計(jì)值偏差較大,利用CST模擬設(shè)計(jì)改裝實(shí)驗(yàn)腔,使其2-10單元電場(chǎng)分布于設(shè)計(jì)值基本相符。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性,模擬自身精度通過(guò)局部加密以及分塊方式探究,頻率誤差約為0.01MHz,準(zhǔn)確性主要受到模擬與實(shí)際模型之間的誤差影響,修改完善模型后,場(chǎng)分布除了首尾兩個(gè)單元因?yàn)槭艿桨惭b后誤差難以控制以外,大多數(shù)單元模擬值與實(shí)際測(cè)量值誤差在0.5%以內(nèi)。并驗(yàn)證探究模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用實(shí)驗(yàn)腔驗(yàn)證調(diào)場(chǎng)原理,總結(jié)調(diào)場(chǎng)規(guī)律。如果原電場(chǎng)分布與設(shè)計(jì)值沒(méi)有特別大的差異,通過(guò)耦合桿,調(diào)諧器可以同時(shí)調(diào)整好電場(chǎng)分布以及穩(wěn)定性和頻率。調(diào)諧器主要調(diào)整頻率以及耦合桿插入前的場(chǎng)分布斜率,插入耦合桿后主要靠調(diào)節(jié)耦合桿長(zhǎng)度調(diào)增穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)方向調(diào)節(jié)場(chǎng)分布。最終實(shí)驗(yàn)腔電場(chǎng)除了2和10單元偏差1.1%,其他偏差均在0.5%以內(nèi)。穩(wěn)定度方面,在0.15MHz微擾下,兩次電場(chǎng)變化不超過(guò)0.25%。實(shí)驗(yàn)腔的成功調(diào)場(chǎng)將為正式腔體調(diào)場(chǎng)打下基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.1 加速腔體結(jié)構(gòu)示意圖[1]對(duì)于入口能量為 3MeV，出口能量為 13MeV 的質(zhì)子加速器，其粒子速度較低。在加速腔的始端，通常選用較低的單元平均電場(chǎng) E0，這是因?yàn)榍皫讉�(gè)電源加速間隙短導(dǎo)致前幾個(gè)單元擊穿電場(chǎng)閾值低。而加速間隙隨著粒子能量增加而增加，擊穿閾值隨單元數(shù)增加而提高，后面的單元可以提高場(chǎng)強(qiáng)。這種粒子初始能量比較低的加速腔，軸上電場(chǎng)隨軸位置分布可以設(shè)計(jì)成有一定的上升率。CPHS 的 DTL軸向單元峰值電場(chǎng)設(shè)計(jì)為線性上升分布，其軸上平均電場(chǎng)分布如圖 1.2 所示。

圖 1.1 加速腔體結(jié)構(gòu)示意圖[1]對(duì)于入口能量為 3MeV，出口能量為 13MeV 的質(zhì)子加速器，其粒子速度較加速腔的始端，，通常選用較低的單元平均電場(chǎng) E0，這是因?yàn)榍皫讉�(gè)電源加速短導(dǎo)致前幾個(gè)單元擊穿電場(chǎng)閾值低。而加速間隙隨著粒子能量增加而增加，閾值隨單元數(shù)增加而提高，后面的單元可以提高場(chǎng)強(qiáng)。這種粒子初始能量比的加速腔，軸上電場(chǎng)隨軸位置分布可以設(shè)計(jì)成有一定的上升率。CPHS 的 D向單元峰值電場(chǎng)設(shè)計(jì)為線性上升分布，其軸上平均電場(chǎng)分布如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL53

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