為中國散裂中子源二期工程（Chinese Spallation Neutron Source-Ⅱ,CSNS-Ⅱ）設計了一種低β超導橢球腔,利用2D程序SUPERFISH對該腔體的單元尺寸和高頻等設計參數(shù)進行優(yōu)化,獲得的工作頻率為648 MHz,幾何β（β_g）為0.47,單元個數(shù)為5,峰值電場比E_pk/E_acc、峰值磁場比B_pk/E_acc和軸向電場平整度分別為3.35、6.1 mT?（MV/m）^-1和98.42%。通過2D軟件MultiPac和3D軟件CST粒子工作室（Computer Simulation Technology Particle Studio,CST PS）分析了優(yōu)化后腔型的二次電子倍增情況,2D結(jié)果顯示在峰值場0～80 MV?m^-1區(qū)間,二次電子發(fā)射系數(shù)小于1,表明整個腔體不會發(fā)生Multipacting（MP）效應。與2D結(jié)果不同,3D結(jié)果表明在橢球赤道位置存在MP效應,但在赤道處引入一個小凸起,并進行適當?shù)暮筇幚?.. 

【文章來源】：核技術(shù). 2020,43(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

Qe與L&D的變化關(guān)系

CSNS-II直線段升級有三種預備方案，分別在DTL加速器后接：1)324 MHz double-spoke(dspoke),648 MHz Superconducting Radio-Frequency accelerator(SRF）β=0.65;2)648 MHz single-spoke(s-spoke),648 MHz SRFβ=0.65;3)648 MHz SRFβ=0.47,648 MHz SRFβ=0.65，第三種方案如圖1所示。射頻超導諧振腔可以在連續(xù)波模式或長宏脈沖模式下提供高的加速梯度，在國際上已大規(guī)模地應用到粒子加速器領(lǐng)域。在β=0.5左右，輪輻腔（Spoke）與橢球腔均可用，CSNS-II在80～150 MeV能量段設計的三種超導腔，其電磁參數(shù)如表2所示。與兩種輪輻腔（Spoke）相比，低β橢球腔的優(yōu)點如下：在相同加速梯度下，具有更高的峰值電場和磁場；結(jié)構(gòu)簡單，加工、清洗及后處理更容易。其缺點：Spoke腔具有更高的分路阻抗；低β橢球腔機械性能不如Spoke腔穩(wěn)固。目前，意大利TRASCO[6]以及韓國PEFP[7]二期工程等都有計劃在100 MeV能量段采用低β橢球腔。

橢球腔的單個單元關(guān)于束線具有對稱性。圖2為單個單元1/4剖面圖和形狀參數(shù)。其中：1)L為單元長度。對于CSNS-II,L=(1/2）βλ=108.72 mm。2)Ri為單元iris半徑。3)B為赤道橢圓長半軸，A為赤道橢圓短半軸。4)b為iris橢圓長半軸，a為iris橢圓短半軸。5）α為腔壁傾斜角度。6)D為單元直徑。CSNS-II 5-cell低β橢球腔3D模型如圖3所示，腔型優(yōu)化步驟：首先對中間單元進行參數(shù)優(yōu)化，其次優(yōu)化兩個端部單元，最后為CST精調(diào)電場平整度及主耦合器位置計算。橢球腔微波參數(shù)優(yōu)化最常用的程序是二維有限元軟件SUPERFISH，文中采用了Mathematica、SUPERFISH[10-11]及CST共同計算，提高了優(yōu)化效率。

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]325 MHz spoke腔的二次電子倍增效應[J]. 徐波,李中泉,沙鵬,王光偉,潘衛(wèi)民,何源.  強激光與粒子束. 2012(11)
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[6]中國散裂中子源簡介[J]. 韋杰.  現(xiàn)代物理知識. 2007(06)
[7]700MHz單cell超導腔洛倫茲力失諧分析[J]. 葛明騏,趙升初.  高能物理與核物理. 2005(04)

碩士論文
[1]ADS中β強流超導加速腔物理研究[D]. 溫良劍.中國科學院研究生院(近代物理研究所) 2016



本文編號：3381197