經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,超導(dǎo)射頻（Superconducting radio frequency,SRF）腔體已成為一般現(xiàn)代粒子加速器裝置的核心部件。同常溫腔體相比,超導(dǎo)腔具有較大束流孔徑、更低的功率損耗等特性,使得其在長脈沖（連續(xù)）、高流強(qiáng)加速器裝置中具有諸多優(yōu)勢。然而,基于目前的技術(shù)水平,場致發(fā)射效應(yīng)依然是限制超導(dǎo)腔加速性能的主要因素,并給加速器的實(shí)際運(yùn)行帶來諸多不穩(wěn)定因素。場致發(fā)射效應(yīng)的產(chǎn)生通常與腔體內(nèi)表面的污染有關(guān)。例如,外部金屬、灰塵等顆粒物在腔體內(nèi)表面的附著導(dǎo)致的表面峰值電場的放大,大量的實(shí)踐表明,此類較大顆粒的污染問題可采用高壓水沖洗（High pressure rinsing,HPR）解決。但是,來源于環(huán)境周圍的化學(xué)污染物,諸如碳?xì)浠衔镆约案鞣N殘余氣體在內(nèi)表面的吸附等問題卻難以通過標(biāo)準(zhǔn)的清洗方法得到有效地去除。為了提高超導(dǎo)腔在線運(yùn)行中的加速性能,SRF科學(xué)共同體經(jīng)過多年的努力和探索,諸多原位在線清洗技術(shù)得以發(fā)展,主要以射頻功率鍛煉（連續(xù)波以及高功率脈沖鍛煉）、低溫氦清洗兩大技術(shù)手段為主。兩種在線清洗手段的實(shí)現(xiàn)機(jī)理均為通過對腔體表面形貌的改善以降低場增強(qiáng)因子,從而達(dá)到緩解場... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)甘肅省

【文章頁數(shù)】：186 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 論文的選題背景
    1.2 國內(nèi)外超導(dǎo)加速器運(yùn)行中普遍面臨的問題舉例
        1.2.1 ADS直線加速器運(yùn)行遇到的問題
        1.2.2 SNS直線加速器性能限制因素
        1.2.3 CEBAF運(yùn)行中的性能下降問題
        1.2.4 歐洲XFEL性能的限制因素
    1.3 論文的主要內(nèi)容
    1.4 論文的特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 超導(dǎo)腔在線運(yùn)行的限制因素以及恢復(fù)方法
    2.1 超導(dǎo)腔的基本參數(shù)[34]
    2.2 超導(dǎo)鈮腔在線運(yùn)行的性能限制因素
        2.2.1 電子倍增效應(yīng)
        2.2.2 場致發(fā)射電子效應(yīng)
        2.2.3 熱致失超
    2.3 腔體性能在線恢復(fù)方法
        2.3.1 射頻功率鍛煉
        2.3.2 低溫氦清洗
        2.3.3 等離子體在線清洗
第3章 基于小樣品的鈮腔表面處理及表征
    3.1 影響場致發(fā)射的表面特性
    3.2 標(biāo)準(zhǔn)工藝的鈮樣品制備
        3.2.1 緩沖化學(xué)拋光
        3.2.2 電化學(xué)拋光
        3.2.3 高溫?zé)崽幚?br>    3.3 樣品表面形貌表征
    3.4 樣品表面化學(xué)成分的對比
    3.5 樣品深度分布實(shí)驗(yàn)分析
        3.5.1 氬離子剝離化學(xué)成分分析
        3.5.2 功函數(shù)隨碳氧元素變化的定性關(guān)系
        3.5.3 功函數(shù)隨碳化物變化的定量關(guān)系
    3.6 本章小結(jié)
第4章 超導(dǎo)腔中的射頻等離子體特性研究
    4.1 等離子體與材料相互作用參數(shù)
        4.1.1 等離子體在器壁邊界的損失
        4.1.2 氧的解離及氧化反應(yīng)
    4.2 等離子體放電實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)
        4.2.1 在線工況與放電實(shí)驗(yàn)微波系統(tǒng)
        4.2.2 真空及氣路系統(tǒng)
        4.2.3 等離子體診斷方案的選取
    4.3 等離子體激勵(lì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)研究
        4.3.1 兩種功率加載方式
        4.3.2 氣壓對激勵(lì)功率的影響
        4.3.3 氧參比對激勵(lì)功率的影響
        4.3.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)對等離子體分布的影響
    4.4 等離子體的微波負(fù)載效應(yīng)
        4.4.1 傳輸線及RLC模型
        4.4.2 等離子體的介電常數(shù)
        4.4.3 等離子體的阻抗變化
        4.4.4 基于阻抗變化的等離子體控制方法
    4.5 等離子體激勵(lì)的電場閾值條件
    4.6 等離子體的特征光譜研究
        4.6.1 原子和分子的躍遷譜線特征
        4.6.2 氬原子及氬離子光譜特性
        4.6.3 活性氧原子的濃度及光譜特性
    4.7 等離子體特性參數(shù)診斷
        4.7.1 局部熱平衡及電暈?zāi)Ｐ?br>        4.7.2 電子溫度的測量
        4.7.3 自由電子密度的測量
    4.8 本章小結(jié)
第5章 鈮樣品的等離子體清洗工藝及機(jī)理研究
    5.1 實(shí)驗(yàn)介紹
        5.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及等離子體源介紹
        5.1.2 基于開爾文探針的功函數(shù)測試原理
        5.1.3 等離子體的朗繆爾探針診斷原理
    5.2 電感耦合等離子體源的特征參數(shù)調(diào)控方法
        5.2.1 容性耦合與感性耦合之間的模式轉(zhuǎn)換
        5.2.2 射頻線圈匝數(shù)的影響
        5.2.3 氣壓及流量的影響
        5.2.4 氧含量的影響
        5.2.5 空間剖面分布
    5.3 清洗中的相互作用機(jī)制初步研究
        5.3.1 氧對提高功函數(shù)影響
        5.3.2 氧對反應(yīng)產(chǎn)物的影響
    5.4 離子協(xié)同的化學(xué)濺射作用研究
        5.4.1 清洗速率模型的提出
        5.4.2 氬離子的物理轟擊作用
        5.4.3 氧在化學(xué)濺射中的作用
    5.5 清洗后功函數(shù)隨時(shí)間的退化問題
        5.5.1 鈮表面深層污染物的遷移作用
        5.5.2 石英管壁的濺射及硅污染
        5.5.3 功函數(shù)的穩(wěn)定性研究
    5.6 等離子體清洗對鈮表面的改性作用
        5.6.1 角分辨的光電子能譜儀
        5.6.2 清洗前后表面成分對比
        5.6.3 清洗前后氧化物厚度分析
    5.7 本章小結(jié)
第6章 超導(dǎo)腔的碳化物污染以及等離子體清洗實(shí)驗(yàn)研究
    6.1 實(shí)驗(yàn)條件準(zhǔn)備
        6.1.1 超導(dǎo)腔的表面處理
        6.1.2 測試天線及動態(tài)耦合器設(shè)計(jì)
        6.1.3 真空密封以及低溫冷漏
    6.2 超導(dǎo)腔的性能本底
    6.3 碳化物的低溫吸附實(shí)驗(yàn)研究
    6.4 碳化物的化學(xué)沉積實(shí)驗(yàn)研究
        6.4.1 等離子體輔助沉積方法
        6.4.2 碳沉積對腔體性能的影響
    6.5 超導(dǎo)腔的等離子體清洗實(shí)驗(yàn)研究
        6.5.1 清洗策略的考慮
        6.5.2 清洗過程中的化學(xué)反應(yīng)
        6.5.3 等離子體清洗對場致發(fā)射的抑制作用
    6.6 超導(dǎo)腔的空氣污染以及性能恢復(fù)研究
        6.6.1 暴露大氣對腔體性能的影響
        6.6.2 等離子體清洗對腔體的恢復(fù)作用
        6.6.3 低溫氦清洗對腔體性能的進(jìn)一步恢復(fù)作用
    6.7 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論和展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Multipacting analysis for half wave resonators in the China ADS[J]. 張聰,張生虎,何源,岳偉明,�，|.  Chinese Physics C. 2015(11)
[2]空氣中微波擊穿電場的計(jì)算[J]. 翁明,王瑞,崔萬照.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(06)
[3]采用等效特征擴(kuò)散長度計(jì)算微波擊穿電場[J]. 翁明,王瑞,崔萬照.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(04)

博士論文
[1]Taper型超導(dǎo)腔低溫恒溫器的研制[D]. 白峰.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所) 2018
[2]強(qiáng)流超導(dǎo)加速器低電平控制算法實(shí)驗(yàn)研究[D]. 高鄭.中國科學(xué)院研究生院(近代物理研究所) 2016

碩士論文
[1]CiADS固態(tài)功率源的可用性設(shè)計(jì)與分析[D]. 高鵬輝.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所) 2018



本文編號：3169218