【摘要】：強(qiáng)流超導(dǎo)加速器是目前世界上加速器領(lǐng)域的前沿研究方向,加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)質(zhì)子直線注入器II是一臺正在建造中的強(qiáng)流超導(dǎo)加速器,使用低?超導(dǎo)腔加速技術(shù),束流流強(qiáng)目標(biāo)值為10 mA,工作模式為連續(xù)波(CW)運(yùn)行。超導(dǎo)腔本征品質(zhì)因數(shù)(0Q)很高,一般大于109,高0Q值則意味著窄帶寬。因此,超導(dǎo)腔對腔體本身諧振頻率的變化很敏感,顫噪(Microphonics)是CW運(yùn)行的超導(dǎo)腔體的諧振頻率發(fā)生變化的主要原因。此外,強(qiáng)流質(zhì)子束流在被超導(dǎo)腔加速的過程中會帶走超導(dǎo)腔內(nèi)儲存的高頻功率,從而造成腔體電壓下降。超導(dǎo)腔體電場幅度、相位的波動使后來的束團(tuán)不能得到有效的加速,對束流品質(zhì)產(chǎn)生影響。本文主要研究解決以上強(qiáng)流超導(dǎo)加速器運(yùn)行過程中面臨的相關(guān)問題。首先,本文從超導(dǎo)腔等效電路模型出發(fā),建立了超導(dǎo)腔—功率源級聯(lián)耦合等效電路模型、超導(dǎo)腔離散差分?jǐn)?shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,對超導(dǎo)腔進(jìn)行數(shù)值計算與分析。計算結(jié)果顯示,超導(dǎo)腔諧振頻率的微小變化以及強(qiáng)流長脈沖束流對腔體電場造成很大影響。接下來,為測量顫噪對低?半波長超導(dǎo)腔(HWR)的影響,本文研發(fā)了新型數(shù)字化顫噪效應(yīng)測量系統(tǒng)。經(jīng)過系統(tǒng)性能測試驗(yàn)證,該測量系統(tǒng)的頻率測量精度好于0.2 Hz。在此基礎(chǔ)上,首次對測試低溫恒溫器(TCM)和低溫恒溫器6(CM6)中的HWR超導(dǎo)腔的顫噪效應(yīng)進(jìn)行了在線測量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。此外,本文在高頻腔自激環(huán)路理論的基礎(chǔ)上,對其理論應(yīng)用中的問題提出了新的論點(diǎn),在此理論基礎(chǔ)上,本文研發(fā)了數(shù)字自激低電平系統(tǒng),并在HWR010超導(dǎo)腔上成功完成測試驗(yàn)證。該系統(tǒng)可極大地縮短超導(dǎo)腔頻率跟蹤與建立腔體電場的時間,同時也是超導(dǎo)腔高頻老煉的必備方案。最后,本文第五章中討論了克服束流負(fù)載效應(yīng)的補(bǔ)償方案。為克服束流負(fù)載效應(yīng)對超導(dǎo)腔體電場的影響,在負(fù)反饋控制理論的基礎(chǔ)上,本文研發(fā)了束流負(fù)載的前饋補(bǔ)償方案,并成功用于10 mA脈沖質(zhì)子束流的物理調(diào)束實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL503
【圖文】：

第一章 介紹 1第一章 介紹1．1 ADS 質(zhì)子直線注入器 II加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)（ADS）是目前世界上處理核廢料最有效的技術(shù)方案，其基本原理是，利用強(qiáng)流質(zhì)子加速器產(chǎn)生的高能質(zhì)子束轟擊重金屬靶引起裂變反應(yīng)，產(chǎn)生高通量中子作為外中子源來驅(qū)動和維持次臨界堆芯發(fā)生持續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使長壽命放射性核素嬗變?yōu)槎虊勖驘o放射性核素[1]。強(qiáng)流質(zhì)子加速器是 ADS 系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分之一，ADS 質(zhì)子直線注入器II 是正在建造中的超導(dǎo)質(zhì)子直線加速器，其設(shè)計指標(biāo)為 25 MeV@10 mA 連續(xù)波（CW）運(yùn)行[2]，已建成的 5 MeV 直線加速段的整體裝置示意圖如圖 1.1 所示。

圖 1.3 SNS 使用的第二代低電平控制機(jī)箱F 的低電平控制系統(tǒng)借鑒 LBNL 的設(shè)計方制系統(tǒng)。SSRF 的第一代低電平控制系統(tǒng)理基于 FPGA 商業(yè)開發(fā)板，F(xiàn)PGA 與 PC 之SSRF 的第二代低電平控制系統(tǒng)進(jìn)行了系新設(shè)計，模擬與數(shù)字電路板分開制板。圖物圖[11]。

(a)(b) (a) HWR010 超導(dǎo)腔幾何結(jié)構(gòu)(b) HWR010 超導(dǎo)腔實(shí)物腔中的另外一種新型腔體結(jié)構(gòu)量段。圖2.2中所示的腔體圖片oke 腔同樣屬于半波長同軸傳

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本文編號：2799820