發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 02:01

【摘要】：RFQ是1969年由前蘇聯(lián)科學(xué)家提出來的一種低能直線加速器,特別適合用于加速低能離子,可以直接加速從離子源引出的直流束。本論文的主要內(nèi)容是對(duì)三個(gè)不同項(xiàng)目的RFQ進(jìn)行研究。這三個(gè)項(xiàng)目分別為空間環(huán)境地面模擬裝置(SESRI)、分離扇形回旋加速器直線注入器(SSC-LINAC)和蘭州重離子裝置主環(huán)直線注入器(CSR-LINAC)。SESRI裝置用于空間環(huán)境模擬,其加速器系統(tǒng)須提供從H~+到~(209)Bi~(32+)之間的各種離子束。為了降低研制風(fēng)險(xiǎn),RFQ將加速H_2~+,并在DTL1下游對(duì)H_2~+進(jìn)行剝離來提供H~+。該RFQ的工作頻率為108.48 MHz,可將4 keV/u離子束加速到300 keV/u。在RFQ束流動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)上,首次提出絕熱成形和非絕熱聚束的設(shè)計(jì)方法,使得RFQ束流品質(zhì)大大提高,特別是出口縱向RMS發(fā)射度大為減小。如果采用經(jīng)典的設(shè)計(jì)方法,RFQ出口縱向RMS發(fā)射度為14.4 ke V/u·deg.,而利用這種新的設(shè)計(jì)方法,其出口縱向RMS發(fā)射度僅9.1 keV/u·deg.。同時(shí)還使得腔體更為緊湊,腔體長度僅為2.56 m,在總體上降低了造價(jià),且束流傳輸效率達(dá)到了99.8%。在考慮合理的加工安裝誤差和注入束流誤差的情況下,其傳輸效率仍有98%以上,束流橫向發(fā)射度增長小于30%�；赟SC-LINAC RFQ的研制經(jīng)驗(yàn),該RFQ也采用了λ/4傳輸線型RFQ,以降低研制風(fēng)險(xiǎn)。電磁設(shè)計(jì)的結(jié)果顯示,該RFQ的品質(zhì)因子Q_0為5870,腔體功耗為98 kW,未經(jīng)調(diào)諧的腔體諧振頻率為107.62 MHz,二極場和四極場不平整度分別達(dá)到了±1%和±3%,滿足動(dòng)力學(xué)要求。為了補(bǔ)償CST仿真誤差、加工誤差造成的頻率偏差以及冷卻水溫度變化和腔體功率變化造成的頻率漂移,設(shè)計(jì)了調(diào)諧墊塊和調(diào)諧桿。對(duì)于SSC-LINAC,主要進(jìn)行了RFQ實(shí)驗(yàn)研究。該RFQ工作頻率為53.667MHz,長度為2.5 m,工作在CW模式。首次在SSC-LINAC RFQ上進(jìn)行了低占空比高脈沖功率實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了脈沖RFQ設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)Kp值的取值范圍,為新的RFQ設(shè)計(jì)獲得寶貴的第一手資料,為后續(xù)RFQ的設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。目前,該RFQ的研制工作已基本完成。束流實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,其傳輸效率達(dá)到了94%,束流橫向發(fā)射度增長小于30%,能散(FWHM)約為7.5%,從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了其理論設(shè)計(jì)的可靠性。對(duì)于CSR-LINAC,其RFQ的初步設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。該RFQ工作頻率為108.48MHz,可用于加速質(zhì)荷比3~7的離子。其動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)采用了新四段式設(shè)計(jì)方法,使得RFQ的長度為3.07 m,傳輸效率達(dá)到98%。對(duì)該RFQ進(jìn)行了注入束的誤差分析,給出了允許的注入束誤差范圍,證實(shí)了其理論設(shè)計(jì)上有足夠的余量。在CSR-LINAC RFQ高頻結(jié)構(gòu)方面,國內(nèi)首次采用了IH型腔體,這種腔體結(jié)構(gòu)具有較高的分路阻抗,能實(shí)現(xiàn)較高的加速效率。本文對(duì)該RFQ進(jìn)行了初步的電磁設(shè)計(jì),并對(duì)場分布、Q_0值、分路阻抗等高頻特性參數(shù)進(jìn)行了研究。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL53
【圖文】：

圖 2.2 帶調(diào)制的 RFQ 電極[15]Figure 2.2RFQ electrodeswithmodulation圖 2.3 帶調(diào)制的電極所產(chǎn)生電場分布示意圖（x-z平面）[16]igure 2.3The electric fielddistribution(inthe x-zplane)ofelectrodeswithmodulati 勢(shì)函數(shù)RFQ 加速結(jié)構(gòu)的射頻電磁場可以采用麥克斯韋方程[17]組來描述：B

圖 2.3 帶調(diào)制的電極所產(chǎn)生電場分布示意圖（x-z平面）[1he electric fielddistribution(inthe x-zplane)ofelectrodesw結(jié)構(gòu)的射頻電磁場可以采用麥克斯韋方程[17]組來描0BEtDH JtD ρB 場強(qiáng)度，B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，D為電位移矢量，H 為磁 為電流密度。由于 RFQ 的電極幾何尺寸遠(yuǎn)小于自由近似的方法[17,18]來分析其電磁場，即有 B / t 0

圖 2.4RFQ 電極剖面圖（x-z 平面）[21]Figure 2.4The sectionofRFQelectrodesinthe x-zplane立等式（2.22）和（2.23），求得系數(shù)01A 和10A ：0 0 001 2 20( ) ( )2 ( )V I ka I mkaAa m I mka （2.2010 20 012 ( ) ( )V mAm I ka I mka （2.此，引入兩個(gè)無量綱參量——聚焦效率 X 和加速效率 A：0 020( ) ( )( )I ka I mkaXm I mka （2.220 01( ) ( )mAm I ka I mka （2.和 滿足下述關(guān)系式：

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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相關(guān)會(huì)議論文 前1條

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本文編號(hào)：2761736