HIRFL新B1聚束器耦合环的设计与计算

 通过将聚束器腔体等效为RLC并联回路,求得了功率馈入耦合环与腔体的互感及自感的公式,根据对腔体的计算结果求出了在聚束器的工作频段内达到阻抗匹配所要求的互感变化范围,并在该互感变化范围设计了可移动的耦合电感环,计算了它的自感及整个腔体的剩余电感。     

直线加速器Kanthal合金高功率同轴负载设计及功率分布

 为满足辐照直线加速器的小型化需求,提出利用同轴负载代替波导式负载结构的方案,其关键技术是利用涂敷在加速腔内壁的微波吸收材料直接吸收剩余微波功率。针对面吸收型负载材料Kanthal(Fe-Cr-Al)合金,采用2π/3模式6腔2周期谐振腔结构,运用CST仿真进行S波段同轴负载设计。对涂层涂敷位置及面积对负载腔工作频率和品质因子的影响进行了详细的仿真分析,并得到了满足2 856 MHz工作频率的腔体尺寸补偿值;设计了一种6腔2周期同轴负载,单路衰减可达-18.63 dB。吸波涂层及腔体铜壁表面功率损耗密度的计算结果表明,腔体周向功率损耗呈均匀分布,阑片表面呈抛物线型分布。     

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。     

S波段HYBRID聚束-加速结构的样机研制

Hybrid聚束-加速结构是把驻波预聚束器、行波聚束器和标准加速管集成到一起的新型RF结构。简述了对S波段Hybrid聚束-加速结构样机的束流动力学优化和微波设计结果,解释了Hybrid结构导致发射度增长的原因,对此样机进行了射频低功率测试。样机的冷测结果与RF设计结果一致性很好。在冷测频率2 855.21 MHz处,实测S₁₁小于?45 dB,腔间相移偏差小于±2°,VSWR≤1.2对应的带宽大于5 MHz,轴向场分布完全满足动力学要求。     

X波段相对论速调管放大器同轴双间隙输出腔输出特性

 设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构,并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟,分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化,对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明：同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能,增加束流与腔体的作用时间,提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600 kV、束流5 kA、调制深度100%和峰值频率9.37 GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度,得到了周期平均功率1.2 GW、峰值频率9.37 GHz、效率40%的微波输出。     

用于自由电子激光的S波段J型波导馈电加速管

随着波导式耦合行波加速管设计梯度的日益提高,为了防止加速管输入耦合器电场的横向动量在束流通过加速器耦合器时引起束流品质的下降,侧壁开有两个对称耦合孔的对称双馈圆柱腔获得了广泛的应用。研制的S波段J型波导馈电加速管即为双馈圆柱腔中的一种,研制样管在老练平台上老练时的最高加速梯度达到30 MV/m。然而因为四极场的存在,开有两个耦合孔的圆柱耦合腔内,仍然会引起轴向电场的幅度和相位在横向的梯度,从而使束流发射度变差。在理论上对J型波导馈电的跑道式耦合腔进行了研究,通过与圆柱腔进行比对模拟计算,证明跑道式耦合器可以很好地改善轴向电场在横向平面内非近轴区域沿圆周的场强一致性,从而减小四极场的影响。重要的是,J型波导馈电跑道式耦合腔的机械加工、测试比圆柱腔更加容易实现,是未来双馈加速器发展的一个理想方向。     

外注入式独立调谐微波电子枪的概念设计

为得到微脉冲束团长度在百fs量级且高重复频率,设计了一种紧凑型的强流电子枪结构独立调谐微波热发射电子枪。该电子腔具有双驻波加速腔,两个驻波加速腔之间相互没有耦合,可以分别独立地馈入功率、调节相位。通过优化功率与相位,可以得到较优的束流品质,同时避免了磁铁和激光系统的使用,使得结构更加紧凑。并采用外注入式结构增大流强、降低能散度,同时消除电子反轰对阴极的负面影响。对不同结构参数的腔体进行1维和3维束流动力学计算,可以得到较为理想的腔体参数。通过调节预注入器的馈入功率和粒子入射相位,可以进一步的压缩束团长度。     

回旋速调管放大器输出腔的特性研究

 利用变截面波导的耦合模理论，根据输出腔中电场幅值分布函数所满足的微分方程组，编写了具有自动优化功能的计算程序，分析研究了不同渐变角度、考虑腔体损耗前后和输出腔与外电路失配时，谐振频率、腔体品质因数和高频场幅值沿轴分布的变化情况，为进一步研究高频场与电子注的互作用和输出腔奠定了基础。     

X波段三重轴相对论速调管放大器的设计

分析了同轴腔体间隙束流与电场的相互作用,推导了同轴腔体间隙的耦合系数和电子负载电导,并设计了10⁴ W级注入微波驱动的X波段三重轴相对论速调管放大器,产生了GW级的微波功率输出.通过三维粒子模拟,设计了工作频率为9.37 GHz的三重轴相对论速调管放大器,在注入微波功率为70 kW、束压为600 kV、束流为5 kA的条件下,获得的输出微波功率达到1.1 GW,效率为37%,增益为42 dB. 关键词： 同轴腔体 束波互作用 X波段 三重轴相对论速调管放大器     

上海光源次谐波聚束器的优化设计及测试

 介绍了上海光源直线加速器499.654MHz次谐波聚束器的物理设计、结构、加工、微波测量和试验、运行等的情况。通过2维、3维电磁软件的数值模拟方法对腔型、结构尺寸、电磁参数、调谐范围进行了优化设计,现该腔已经加工完成,并对其进行了电参数测试,结果与物理设计指标吻合很好。在上海光源的束流指标调试过程中,该腔能长期稳定运行。     

基于北京慢正电子强束流的微脉冲化系统设计

慢正电子湮没寿命测量是研究材料表面微观缺陷的重要分析方法．束团化系统是实现慢正电子湮没寿命测量的核心部件, 主要由斩波、聚束两部分组成, 它可以将随时间连续分布的束流束团化, 从而获得正电子湮没寿命测量的时间起点及满足时间分辨率要求的束团．本文以粒子动力学计算为基础, 完成了束团化系统的物理设计, 其时间分辨率设计值为150ps(FWHM)．     

Design and simulation of a new type of 500 MHz single-cell superconducting RF cavity

This paper illustrates the design and simulation of a unique 500 MHz single-cell superconducting radio frequency cavity with a fluted beam pipe and a coaxial-type fundamental power coupler. The simulation results show that the cavity has a high r/Q value, a low peak surface field and a large beam aperture, so it can be a candidate cavity for high current accelerators. With the help of a fluted beam tube, almost all the higher order modes can propagate out of the cavity, especially the first two dipole modes, TE₁₁₁ and TM₁₁₀, and the first higher monopole mode, TM₀₁₁. The external quality factor of the coaxial fundamental power coupler is optimized to 1.2×10⁵, which will be useful when it is applied in the light source storage ring.     

单谐振腔束团长度监测器耦合结构设计与仿真

单谐振腔束团长度监测器利用谐振腔内的两个本征模式测量ps量级的电子束团长度,它的关键是如何将两个不同频率的模式互不干扰地耦合提取出来。为解决这个问题,基于低通和带通滤波器的理论,提出了同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构,借助CST微波工作室对滤波器进行建模并仿真得到其S参数。为测试耦合器的应用效果,设计了一套带有该耦合结构的单谐振腔束团长度监测器探头,根据国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置FELiChEM的束流特点,在CST内对所设计的探头进行束流模拟仿真。仿真结果表明,该耦合器可以实现对特定模式的耦合,并有效降低其它模式的干扰,采用同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构的谐振腔监测器可以实现对FELiChEM装置束团长度的高精度测量,测量误差小于2 %。     

Design of a Pulsed Low Energy Positron System Based on Beijing Intense Slow Positron Beam

The design of a pulsing system for an intense slow positron beam is described in this paper. Slow positron annihilation lifetime measurement is an important method to study the depth-dependent characteristics of the surface and near surface. The start signal for slow positron lifetime measurement can be obtained from the pulsing system, which consists of a reflection type chopper, a prebuncher and a buncher. On the basis of the simulation of dynamics process by Parmela, the frequency of the buncher and the positron energy have been chosen to be 150MHz and 330eV respectively. The designed time resolution of this system is about 150ps (FWHM).     

填充等离子体的介质同轴波导中的切伦科夫辐射

 利用自洽线性场理论，导出了薄环形相对论电子注通过填充等离子体的介质同轴波导中的注波互作用色散方程，得到了注波互作用产生切伦科夫辐射的同步条件和波增长率。分析了填充等离子体后的波与电子注之间的能量交换及等离子体密度对色散特性、波增长率和注波能量交换的影响。分析结果表明：切伦科夫辐射是由沿介质同轴波导传播的慢波与沿薄环形相对论电子注传播的负能空间电荷波耦合所致，且其耦合强度与电子注的密度成正比；输出频率和波增长率随着填充等离子体密度的增大而提高；保持一定的输出频率，增大电子注的束流可得到高的微波输出功率。     

L波段全腔提取轴向输出相对论磁控管设计

设计了一种全腔提取轴向输出相对论磁控管。在模工作的N腔磁控管中, 该结构利用磁耦合的方式通过两个相邻谐振腔在一个扇形波导内激励起TE11模, 然后再由N/2个相位相同的扇形波导TE11模沿轴向向外传输。对L波段全腔提取轴向输出磁控管进行了仿真设计, 在600 kV, 6.3 kA的条件下, 获得1.89 GW微波输出, 功率转换效率50%, 微波频率1.57 GHz。该结构在径向方向上仅增加一个扇形波导厚度, 便于实现相对论磁控管的紧凑、高效设计。     

束腔共振场预聚束器

 提出一个可用于射频加速装置预聚束的新机理, 即束腔共振场聚束。它要求满足三个条件:(1) 电子束重复频率与预聚腔特征频率之间要有可观的失谐; (2) 失谐量为负, 即预聚腔频率要偏高; (3) 腔体材料为高阻抗导体。在中国原子能院的相应装置上实现了这个机理, 不用任何外加射频功率源, 将重复频率为108.33MHz的电子束团由初始3ns, 2A流强压缩为1ns, 4A流强。     

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

 主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW），时间响应快（响应时间小于2.0 ns），不需要同步信号，抗干扰能力强等特点。根据不同的需要，可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成，其工作频率范围为波导的工作频率范围；而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导，滤波器和外电路组成，可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量，尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量，为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。