合肥电子储存环上新旧高频腔的尾场及耦合阻抗的计算

合肥800MeV电子储存环的二期升级工程正在进行,其中高频腔的改造和加工将要完成,由于原有高频腔存在较多不合理因数,将要被新腔所替换。为了充分估计在将来运行时,高频腔的耦合阻抗对储存高流强的影响,需要对新旧高频腔宽带耦合阻抗进行比较计算。用电磁场计算软件MAFIA对高频腔的耦合阻抗及电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,结果说明旧高频腔的耦合阻抗比新高频腔小。     

介质壁加速器尾场阻抗的模拟计算

为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场阻抗。从模拟的结果来看,x, y方向的尾场势和尾场阻抗都很小,束流尾场对横向的影响比较小。z方向的尾场势和尾场阻抗影响较大,尾场阻抗达到100 Ω量级。证明了由于介质壁加速器结构在加速腔长度和束流通过路径的连续性方面都具有很大的优势,横向阻抗小,束流尾场效应在束流不稳定性方面的影响相对较小,束流传输时的要求也会降低。     

介质壁加速器尾场阻抗的模拟计算

为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场阻抗。从模拟的结果来看,x,y方向的尾场势和尾场阻抗都很小,束流尾场对横向的影响比较小。z方向的尾场势和尾场阻抗影响较大,尾场阻抗达到100Ω量级。证明了由于介质壁加速器结构在加速腔长度和束流通过路径的连续性方面都具有很大的优势,横向阻抗小,束流尾场效应在束流不稳定性方面的影响相对较小,束流传输时的要求也会降低。     

非均匀束团在储存环高频腔中产生的高次模功率

通过分析束流频谱与高频腔高次模的相互作用,提出了计算单束流和双束流储存环中非均匀束团产生的高频腔高次模功率的方法,推导出了这两种情况下的一般通用公式,并对所得到的解析结果进行了比较和讨论.     

上海光源储存环注入段纵向耦合阻抗的计算

对上海光源注入段的纵向耦合阻抗进行了分析计算. 注入段耦合阻抗主要来自镀膜陶瓷真空室及过渡段. 分别用解析法和Mafia数值计算法对其进行了估算,包括窄带阻抗和宽带阻抗的计算. 在对由两个过渡段形成的类腔体进行计算时,没有发现束缚模(Trapped mode); 在对宽带阻抗的计算时,发现它和原先人们常用的宽带共振模型有出入,为配合对微波不稳定性的研究,把宽带阻抗转化成了有效宽带阻抗.     

Chodorow型耦合腔慢波结构色散特性和耦合阻抗理论分析

本文建立了Chodorow型耦合腔慢波结构的解析模型, 利用并矢格林函数结合矩量法求解了场匹配方程, 给出了色散方程和耦合阻抗的计算式, 并数值计算出一个X波段Chodorow型慢波结构的高频特性. 结果表明, 本文方法的色散特性以及耦合阻抗与仿真软件HFSS计算的结果有很好的一致性, 且计算效率更高, 同时精度远高于等效电路法, 对工程设计有好的参考价值.关键词：Chodorow型耦合腔慢波结构色散特性耦合阻抗场匹配     

耦合腔高频特性的单腔模型研究与应用

在耦合腔结构的高频特性模拟中,基于准周期边界条件法建立的双腔模型,由于两端电场的边界条件完全相同,导致了伪解的出现。本文建立了单腔仿真模型,消除了伪解存在的边界条件,避免伪解的出现。在保证求解精度的基础上,网格数目减少了 62%,总计算时间缩小了 56%,一次性生成色散曲线和耦合阻抗曲线,提高了色散和耦合阻抗的数据处理效率,为高频结构参数优化提供了更有效的途径。采用单腔仿真模型,模拟分析了各结构尺寸对高频特性的影响。     

耦合腔高频特性的单腔模型研究与应用

在耦合腔结构的高频特性模拟中,基于准周期边界条件法建立的双腔模型,由于两端电场的边界条件完全相同,导致了伪解的出现。本文建立了单腔仿真模型,消除了伪解存在的边界条件,避免伪解的出现。在保证求解精度的基础上,网格数目减少了 62%,总计算时间缩小了 56%,一次性生成色散曲线和耦合阻抗曲线,提高了色散和耦合阻抗的数据处理效率,为高频结构参数优化提供了更有效的途径。采用单腔仿真模型,模拟分析了各结构尺寸对高频特性的影响。     

耦合腔链等效电路模型计算加速管场分布

介绍利用耦合腔链等效电路模型计算加速管场分布的原理和方法. 把加速腔链等效为谐振电路, 通过求解回路方程组, 并引入分流阻抗等物理参数, 可计算加速腔链整管的电磁场幅值和相位分布. 这一计算方法对加速管动力学设计和加速管几何参数设计有很好的指导意义, 并在16MeV返波加速管设计调试过程中得到了应用和验证.     

合肥储存环高频系统的调整

讨论了合肥光源高频系统参数对束流流强的影响.在合肥储存环闭轨校正实验中,发现束流轨道有较大的变化,为此对高频系统的频率、腔温等参数进行了必要的调整.此项工作对二期工程高频系统改造也具有指导意义.     

利用场耦合理论研究微波谐振腔

 根据Maxwell方程,微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开,从而确定微波腔的工作特性（如：工作频率、场分布等）,但是实际微波腔的模式很难求解。从Maxwell方程出发,根据微波腔的具体边界,将微波腔分成：规则形状微波腔和非规则部分,建立实际微波腔模式同规则形状微波腔模式之间的场耦合方程,从而确定微波腔模式的频率和场分布。     

``神龙一号'加速器的BBU不稳定性分析

``神龙一号'加速器在束流调试初期出现了严重的BBU, 该BBU是由偏心束流通过多功能腔时激励的TM₁₁₀模引起的. 分别以解析分析、数值计算和实验测量等方法对多功能腔的高频特性进行分析. 几种方法得到的TM₁₁₀模频率与实验结果吻合, 而横向耦合阻抗则有倍数之差, 但都证明多功能腔在TM₁₁₀模式下的横向耦合阻抗过大, 是激励BBU的最主要的因素. 为此, 设计了对多功能腔其他功能不产生影响的可以轴向伸缩的网罩, 用来屏蔽多功能腔间隙. 使用网罩后效果非常显著, 实验结果表明, BBU受到抑制, 束流脉冲中的高频振荡消失.     

任意时间分布电子束与单间隙微波腔的非线性自洽过程研究

将电子束作为激励源,根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力,给出了描述工作模式在电 子束作用下的激励方程和电子束电子在工作模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束 与微波场相互作用的自洽方程组）.根据该自洽方程组,进一步研究了任意时间分布电子束 与单间隙微波腔的相互作用.通过分析微波腔中电子束与微波作用的线性和非线性过程,给 出了电子束调制深度、微波腔作用间隙对微波输出功率的影响.最后从理论上给出了影响微 波输出功率的综合物理参量.关键词：微波腔模式自洽方程单间隙微波腔     

微波谐振腔中电子与微波作用的非稳态过程研究

 在微波腔中微波场影响电子的运动,同时电子束作为电流源也产生辐射,影响微波场,这种相互作用包含线性和非线性过程。根据Maxwell理论,微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开,而且不同模式与电子束之间的相互作用不同。将电子束作为激励源,根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力,建立不同模式在电子束作用下的激励方程和电子束电子在不同模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束与微波场相互作用的自洽方程组）,并由此进一步分析一维情况下单间隙微波腔中微波建场、辐射场呈指数增长和饱和等非稳态作用过程,该过程涉及到电子束与微波作用的线性和非线性过程。     

双间隙双耦合口输出回路冷测模拟方法

根据微波网络理论,将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展,使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法,结合软件仿真,计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔,分别得到该回路工作在2模式下的阻抗实部与虚部的频率特性,并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析,进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。     

HIRFL注入器高频腔体与高频机的匹配

 叙述了兰州重离子加速器注入器(SFC)高频系统的200 kW高频机与高频腔体的功率匹配,匹配测量系统的工作原理,以及对匹配系统的改进和完善,并对高频腔体的输入阻抗和耦合电容进行了计算。为提高高频系统的稳定性和可靠性,对影响高频功率传输和D电压提高的问题进行了深入的研究和改进。采用矢量阻抗仪冷态测量腔体匹配阻抗的方法和一些相应的技术和措施,用矢量电压表动态测量功率输出级的相位差,判断D电路是否工作在匹配状态,从而使SFC的D电压由原来的50~65 kV（不稳定）提高到稳定工作的105 kV,改善了SFC的工作状态和保证了SFC的高效运行。     

2 MHz/80 kW离子源射频功率耦合系统的设计

介绍了一种用于大科学工程装置中国散裂中子源(CSNS) 功率升级的RF负氢离子源大功率射频功率耦合系统的研制。主要内容包括射频功率耦合系统的构造, 指标计算分配以及具体实现, 重点阐述了射频功率放大器、隔离变压器、阻抗变压调谐器以及配套的电源、控制和冷却系统的设计, 并对整个系统的结构和热设计提出了工程解决方法。针对离子源功率耦合系统的特点作了细致的分析, 并以此为基础, 研制出了一款输出功率达80kW的射频功率耦合系统产品。     

独立调谐微波电子枪耦合结构的仿真及测试（英）

精确的功率耦合结构设计是保证高品质束流的关键。为确保系统实际运行中的独立调谐微波电子枪耦合性能满足设计要求,对其进行了仿真与测试。首先应用电磁仿真软件CST对电子枪进行了频域和本征模式的仿真计算,两种方法计算结果吻合,谐振频率分别为2 856.10 MHz和2 856.07 MHz,耦合系数分别为1.624和1.620。同时,对已经安装在加速器上实际运行的电子枪分别采用反射系数法与腔体损耗法进行了耦合性能的测试。单点的反射系数法测得耦合系数为1.78,谐振频率为2 855.77 MHz。在此谐振点上,结合反射系数法和腔体损耗法进行多点拟合,测得耦合系数为1.785。结果表明,仿真计算结果与实际测试的结果基本相符。