单畴钇钡铜氧块材高Q值谐振腔研究

 在对高Q值的微波谐振腔的研究中, 尤其是对低温超导谐振腔（超导铌腔）的研究取得了很大的进展，生产加工技术也日趋成熟,而用高温超导材料来制备高Q值的谐振腔还不成熟。从高温超导体的表面电阻，生成方法，物质的微观结构等方面进行分析，实验中，通过一个端面用单畴YBCO块材代替无氧铜，在50K时谐振腔Q值就增加到原来的5倍，在20K时全部用单畴YBCO谐振腔，Q值有望达到铜腔的70倍，谐振腔的性能有明显的提高。     

MoRe合金超导微波平面腔的制备

超导微波平面腔作为多种量子比特的读出方式及实现多比特长程耦合的媒介，已成为固态量子信息处理领域的研究热点。相比于传统的Al腔，MoRe腔不容易氧化，使得MoRe腔能够更加方便地用于机械振子、石墨烯超导结等实验研究中。同时由于第二类超导体MoRe合金具有临界温度高、临界磁场大等优异性质，这使得MoRe合金超导微波平面腔可以在4.2 K的液氦环境下工作，而且这种腔能够工作在更高磁场的环境下。因此本文设计并且仿真了MoRe合金微波平面腔的结构，探索了MoRe微波平面腔的微纳加工工艺（包括磁控溅射镀膜、光刻及干法刻蚀），解决了制备过程中出现的金属孤岛等工艺问题，成功制备出在20 mK的环境下Q值高达28000的MoRe合金超导微波平面腔。     

光阴极注入器超导加速腔集成实验研究

 光阴极超导加速器实验系统由四倍频Nd：YAG锁模激光器、Cs₂Te光阴极、2+1/2微波电子枪、L波段3.5MW脉冲微波源,1.3GHz单腔超导铌腔,500W连续微波源,超导腔束管耦合器,4.2K低温恒温容器,液氦制冷系统,同步控制系统,束流参数诊断,真空系统等构成。2001年6月在中物院进行了光阴极超导加速器原理性实验,测得超导加速段能量增益0.58MeV,微脉冲束流强度0.1A,取得了预期的实验结果。     

ADS注入器Ⅱ10MeV加速器液氦分配系统设计

ADS注入器Ⅱ超导加速段的运行需要在4.2K(液氦)超低温环境下进行,针对注入器Ⅱ10MeV加速器低温恒温器的运行要求设计了一套液氦分配系统,该系统在满足加速器的低温恒温器工作的同时还具备给超导腔水平测试、垂直测试、磁铁测试等试验终端供液以及调节流量的功能。系统已应用于5 MeV加速器液氦的分配与调节以及超导腔垂直测试系统中,运行良好。重点介绍了液氦分配系统的工艺流程、阀箱的结构设计及调试运行情况。     

L波段三维ESR成像系统的研制（Ⅲ）——L波段谐振腔的研制

描述了一个用于生物样品L波段ESR成像用的谐振腔,讨论了在制作、设计过程中几个值得注意的问题，该腔为3-环2-裂缝再进入式谐振腔，可检测直径为20 mm长30 mm的H₂O样品. 空腔的共振频率为1.05 GHz. 腔的Q值是样品中水含量的函数，无载Q大于1 000. 用插入侧臂的耦合环得到谐振腔与微波桥之间的匹配，确定了耦合环直径的最佳值，对无载腔其值约为腔臂直径的1/3，而对有载腔其值约等于腔臂的直径. 用该腔检测了样品中TEMPO氮氧自由基的空间分布.     

超导低温垂测2K系统设计

为了检验加速器驱动次临界系统直线加速器中的超导腔性能,需要在超导腔装入低温恒温器之前进行低温超导测试(2K、4K)。为满足25MeV超导直线加速器调试运行,需要建造一套超导低温测试系统与实验平台,用来对超导腔的性能进行垂直测试,检验腔体是否达到设计目标,使其满足工程使用需求。     

射频超导腔的低温烘烤研究

射频超导腔在高场下的Q-slope严重影响到高加速梯度的获得.研究表明100—150°C低温烘烤(Bake)对改善超导腔的Q-slope有比较好的效果. 本文在大量超导腔Bake实验的基础上, 对Bake进行了系统的研究. 研究结果显示, 电抛光(EP)超导腔经过Bake后, 平均加速梯度和高Q值(1×10¹⁰)时的加速梯度均增加3.5MV/m以上, 最大加速梯度时的Q值得到增加, Q-slope得到改善. 对Bake温度的研究表明, 在最佳Bake温度范围内, 高的Bake温度能得到相对高的Q值. 对比化学抛光(BCP)和EP超导腔可知, 要得到好的加速性能, 需要60—80μm的EP.超过10—15μm的BCP会使EP超导腔品质下降. 用氧扩散模型对Bake作出了解释.     

超导薄膜表面电阻测量新方法

本文报导一种测量高温超导薄膜微波表面电阻的新方法和测试装置.通过对加载两个不同蓝宝石的同一谐振腔进行测试,可以得到测试样品以外所有其它损耗对应的Q值.根据电磁场分布计算出谐振腔的结构参数G.用网络分析仪测量出谐振腔的无载Q值,便可计算出超导薄膜的微波表面电阻Rs.测量过程中既不会损伤超导薄膜样品,同时可以实现单片超导薄膜表面电阻的绝对测量,不需要校准件,测量简便可靠,精度高.     

低温恒温器设计

文中所述低温恒温器(cryomodule)主要用于近物所ADS注入器Ⅱ超导直线段,可以将粒子能量加速到10MeV。该低温恒温器包含β=0.09的162.5MHz HWR型超导高频腔、超导螺线管及cold BPM等冷质量部件,工作温度为4.2K,工作压力为1.2bar,冷却介质为液氦/氦气。超导腔及螺线管采用同一冷却回路,低温恒温器的设计满足超导腔的使用要求。     

X-波段超导铌腔的研制

本文记述了一个X-波段,TE_011模式超导铌腔的结构、制备工艺、Q值测量方法和测量结果.在只采用了机械加工,化学抛光和电抛光工艺下,获得了在4.2K下4.2×10~7以及在2K下2,0×10~8的有载Q.     

X波段五腔渡越管振荡器的高频特性研究

 从麦克斯韦方程出发，采用时域有限差分的方法，对X波段五腔渡越管振荡器的谐振腔进行了高频特性研究，给出了该谐振腔中的TM₀₁模的非π模式的本征频率、Q值以及对应的场分布，并用实验冷测法测出了谐振腔的谐振频率与Q值。数值计算与实验结果比较一致，说明了该高频特性研究结果的可靠性。     

超导重力仪用液氦恒温器研制

介绍了一套超导重力仪用液氦恒温器,包括技术指标要求、总体结构、关键技术、试验步骤及结果.恒温器液氦消耗量为0.8L/h,真空腔体内部温度稳定度为±5mK,低温下真空腔体真空度优于5×10-4pa,各参数均优于技术指标要求,完全满足超导重力仪工作环境要求.表明该设计方案是合理的,试验流程是正确的.     

一种S波段磁绝缘线振荡器的高频特性研究

 用数值计算的方法计算了S波段磁绝缘线振荡器（S-MILO）的主慢波结构谐振腔的π/4模、π/2模、3π/4模和π模的谐振频率，分别为1.40，2.21，2.46和2.51 GHz；计算出S-MILO封闭腔中的谐振频率依次为1.26，2.04，2.42和2.53 GHz，并计算了本征π模时的Q值。通过监测宽带激励源响应计算出S-MILO开放腔的谐振频率为2.43 GHz。对S-MILO开放腔传输特性研究表明：频率为2.25～3.05 GHz的微波，在第一腔内得到了有效抑制，输出微波的频率范围为2.2～2.5 GHz。通过对其传输特性进行研究，验证了S-MILO的高频电磁结构的合理设计。     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机．单独测试第一级最低达到了13．8K，是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录；在40K温度下具有55．9W制冷量，可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用．使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管，二级最低温度达到了2．6K，在4．2K下有590mW制冷量，同时一级在36．7K有15W的制冷量，满足小型低温超导磁体冷却的要求．     

4~20 K 温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、 超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度, 固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差, 进而增加制冷机系统冷损. 为定量探究4~20 K 深低温区固体接触热阻, 采用GM 作为冷源, 设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台. 利用感压纸进行接触界面压力校核, 并对温度重复性进行验证. 实验测试了不同导热介质填充情况下, 温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律. 基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合, 获得4 ~20 K 温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

射频超导谐振腔中的电磁场研究

由高纯铌制成的射频超导谐振腔在高场时会出现Q值下降现象，这是高场下超导腔表面局部磁场增强所致. 为研究高场下超导腔表面的电磁场特性，用单cell超导腔设计了腔表面峰值磁场的研究实验. 通过对单cell超导腔表面峰值磁场的测量，可以确定超导腔焊缝及iris附近表面是否存在缺陷，以便进一步进行腔的处理来改进腔的性能.     

新型双间隙虚阴极振荡器的理论分析和数值模拟

 该新型双间隙虚阴极振荡器的互作用区为一带孔金属薄膜隔开的两个圆柱形谐振腔；器件采用侧向提取同轴输出的方法，具有输出效率高和输出模式纯的优点；第一阳极薄膜采用了局部薄膜结构。对互作用腔进行冷腔分析，计算得到互作用腔Ⅰ和Ⅱ的品质因子分别为6 960和71.8，共振频率为2.3 GHz。当电子束电压为515 kV、电流为10 kA时，通过参数优化，模拟得到周期平均峰值功率大于570 MW、频率约2.4 GHz的微波输出，效率达到11%。模拟还发现电子束的最佳阻抗值约为51.5 W；电子束的输入功率在较大范围内变化时，器件的输出效率保持大于10%；在一定的范围内，器件的输出效率随电子束密度的增加而增加。对器件中由于电子能量沉积而引起的阳极膜的温升进行了估算，得到膜的最高温度为434 K，远低于熔点933 K。     

射频超导腔的研究新进展

 射频超导谐振腔已经大规模地应用到粒子加速器领域,其优越之处在于它可以在CW模式或长宏脉冲模式下,提供高的加速梯度。射频超导已经成为自由电子激光和能量回收直线加速器的关键技术。经过30多年的研究发展,解决了超导腔的热崩溃、场致发射等诸多关键问题,目前加速梯度已经超过40 MV/m。高加速梯度的获得是射频超导领域的前沿热点,电抛光＋低温热处理技术使射频超导腔的加速梯度提高3～4 MV/m。最新发展起来的超导腔的干式处理可以改善超导腔的表面状况,提高超导腔的Q值,抑制次级电子发射效应,有可能成为提高超导腔性能的又一有效手段。     

高功率微波脉冲压缩储能谐振腔的测量与调试

储能谐振腔是高功率微波脉冲压缩系统实验的核心部件，精确测量有关储能腔参数，修正谐振腔尺寸，调整实验系统的微波参数，使储能阶段H—T的泄漏最小、谐振腔的储能效率达到最大是非常关键和必要的。介绍了L波段高功率微波（HPM）脉冲压缩谐振腔的微波参数的测量，并根据微波参数测量的结果对谐振腔进行了调整，使谐振腔的储能效果明显改善；分析了不同气体成分及充气气压与本征频率之间的关系及其抗击穿性，作为工作介质，SF6含量为30％-50％，SF6-N2混合气体综合性能较好的。     

S波段长脉冲相对论速调管放大器的初步研究

根据脉冲缩短机理分析结果和本工作提出的抑制措施，S波段RKA的高频系统采用了高阶工作模式，输入腔采用5λ／4的工作模式，采用了以3λ／4为工作模式的中间腔，采用了3λ／4为工作模式的输出腔。采用Superfish程序计算了高频系统内部的电磁场分布，并且采用了Mafia程序对三维结构的输入腔和输出腔内部的电磁场分布及多种模式特性进行了分析。实验中，调试出了有载Q值可调的输入腔，频率范围为2．83-2．93GHz、有载Q值范围为25～110；设计加工了频率可调的中间腔；设计、加工和调试了有载Q值为11的输出腔。