C-ADS注入器Ⅱ项目RFQ射频系统介绍（英）

C-ADS注入器Ⅱ的RFQ射频系统是该强流加速器的关键一环,它通过两台完全一样的耦合器为一台四边形四翼型RFQ提供和传送功率。该射频系统在设计之初就考虑为10 mA连续束流而进行特殊优化,从功率源、耦合器和功率传输系统几个方面对其进行详细介绍,尤其是针对CW模式下的系统稳定运行以及设备可靠性等方面进行的特殊考虑和模拟方法。该系统已经在2015年通过了10 mA连续束的测试,证实了该射频系统的设计和调试符合物理的实验需求。特别阐述了该系统中一种新的碗型陶瓷窗耦合器的设计思路和一种无环形器情况下的特殊的耦合系数调谐方法,同时推导了双端口耦合的计算方法的具体设置过程。     

中国散裂中子源直线射频功率源系统的研制

中国散裂中子源加速器质子束流加速能量为1.6 GeV,重复频率为25 Hz,撞击固体金属靶产生散射中子,一期工程的打靶束流功率为100 kW。直线加速器的设计束流流强为15 mA,输出能量为81 MeV。射频加速和聚束系统包括一台射频四极场加速器、中能束流传输线的两个聚束器、四节漂移管直线加速器加速腔和直线-环束流传输线的一个散束器,与之相对应,共有8个单元在线运行的射频功率源为其提供所需的射频功率。目前,直线射频功率源系统预研项目已全部完成,各项性能参数均已达到设计指标,当前正处在批产安装调试阶段。151013     

双驱动射频负氢离子源匹配网络设计与实验研究

随着磁约束聚变实验装置对中性束注入器的输出束流强度与脉冲时间的要求越来越高,开展高功率大面积射频离子源的研究迫在眉睫。为了实现大面积、高密度均匀等离子体放电,基于多驱动射频离子源的设计是当前的发展趋势,而阻抗匹配网络是射频功率源将最大功率输送至线圈并耦合至等离子体的关键,故对其结构设计和调谐特性的研究是不可或缺的。基于前期在单驱动射频离子源的研究基础上,结合双驱动射频离子源的放电需求,开展了双驱动阻抗匹配网络优化结构的设计与分析,通过实验中对匹配网络的调谐,成功实现了140 kW高功率和25 kW/1 000 s长脉冲的稳定运行。随后在等离子体稳定放电的基础上研究了两个驱动器之间的功率分配均匀性问题,实验结果表明了该匹配网络的优化设计合理可行,上下驱动器的射频功率分配基本均匀。     

基于绝缘硅超小微环谐振器的微波光子相移器设计EI北大核心CSCD

设计了一种基于绝缘硅材料的超小微环相移器,能够在自由频谱范围内实现2π相移的同时相移达到最佳线性化.根据全通微环谐振器的相移特性可知,在临界耦合点时微环谐振器达到π的相移,在过耦合领域达到2π相移.分析了直波导宽度及间距两个参量,用精细度F表征间距,讨论了由于这两个参量变化对微环谐振器相移的影响,并且给出了设计的相移范围和相应的功率变化.实验结果表明:若采用40GHz的射频信号,设计的微环相移器射频相移范围为0～4rad,功率变化不到6dB.     

射频激励等离子体非线性效应的FDTD数值模拟

在考虑热运动、电子复合、扩散等效应后，建立电磁波与等离子体相互作用模型，验证了射频激励等离子体时产生的二次、多次谐波以及各个不同频段信号的调制现象，得到了不同激励功率、产生电子的电场阈值、电子能量等参数对电磁波频谱的影响，这对于射频激励等离子体的电路匹配、耦合器件以及等离子体天线传输、电磁兼容等设计很有帮助. 关键词： 射频 谐波 等离子体 非线性     

C-ADS注入器Ⅱ项目RFQ射频系统介绍（英文）

C-ADS注入器Ⅱ的RFQ射频系统是该强流加速器的关键一环,它通过两台完全一样的耦合器为一台四边形四翼型RFQ提供和传送功率。该射频系统在设计之初就考虑为10mA连续束流而进行特殊优化,从功率源、耦合器和功率传输系统几个方面对其进行详细介绍,尤其是针对CW模式下的系统稳定运行以及设备可靠性等方面进行的特殊考虑和模拟方法。该系统已经在2015年通过了10mA连续束的测试,证实了该射频系统的设计和调试符合物理的实验需求。特别阐述了该系统中一种新的碗型陶瓷窗耦合器的设计思路和一种无环形器情况下的特殊的耦合系数调谐方法,同时推导了双端口耦合的计算方法的具体设置过程。     

高频感应等离子体流动模型与微型电推进器流场特性分析

微型射频离子推力器具有结构简单、工作寿命长、推力动态范围大、性能调节响应灵敏等特点,是国际微电推进领域的研究热点之一.射频离子推力器电离室内的感性耦合放电等离子体特性和推力器的性能密切相关.为此,文章建立了低气压、小尺寸微型射频离子推力器电离室内感性耦合等离子体流体模型,开展了电磁场、流场、化学反应浓度场的多物理场耦合仿真分析,并研究了等离子体放电特征参数随推进剂工质气压、放电吸收功率、射频频率以及线圈匝数等因素的变化规律.结果表明,推进剂工质气压、放电吸收功率是调节微型射频离子推力器性能的主要因素,该研究为综合调控微型射频离子推力器的工作性能奠定了良好的基础.      

超导磁约束系统中超导磁体涡流损耗的研究

在超导磁约束系统中,超导磁体与射频场、磁场、声场、电场等复合场的兼容耦合是系统稳定运行的关键。探讨了在13.56 MHz频率下的Shoji型天线产生的高频电磁波对超导磁体的影响,高频电磁波会在超导磁体表面产生涡流损耗,进而产生功率损耗并生成热量,导致超导磁体失超。为避免失超现象的发生,在超导磁体室温孔内采用金属屏蔽层进行防护。利用COMSOL软件对整个电磁-射频非线性耦合场进行建模仿真分析,完成了屏蔽层结构的优化选择。基于计算结果,分析讨论了屏蔽层厚度和高度变化对超导磁体上涡流损耗功率的变化影响。通过对超导磁体涡流损耗功率随屏蔽层参数变化进行拟合,最终得到了优化后的屏蔽层参数。     

KT—5C托卡马克离子伯恩斯坦波功率发射系统

本文概述了在ＫＴ－５Ｃ托卡马克上研究非线性离子伯恩斯坦波用的新型射频波功率发射系统，给出了工作频率选择和稳定、射频功率的传输调节、脉冲响应、耦合网络及其阻抗变换、移动式天线等实验结果，还给出了测量天线真空负载阻抗的一种简便方法，讨论了有关结果。     

KT－5C托卡马克离子伯恩斯坦波功率发射系统

本文概述了在ＫＴ－５Ｃ托卡马克上研究非线性离子伯恩斯坦波用的新型射频波功率发射系统，给出了工作频率选择和稳定、射频功率的传输调节、脉冲响应、耦合网络及其阻抗变换、移动式天线等实验结果，还给出了测量天线真空负载阻抗的一种简便方法，讨论了有关结果。     

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。     

花瓣形辐照加速器NB100的高频系统设计

介绍了花瓣形辐照加速器NB100高频系统整体方案和设计过程,如输入组件采用磁耦合设计、功率源与加速腔间采用同轴线连接、隔离窗选用平板窗等;给出了耦合环的最终设计数据与图形。高频系统投入使用后,通过初步测试,得到了驻波比小于1.1情况下,入射功率连续100 kW、脉冲250 kW的结果,证实了高频系统设计的合理性。     

A6相对论磁控管模式切换射频信号馈入方法

目前国际上提出了采用短脉冲射频（RF）信号实现相对论磁控管的模式切换,数值模拟经证实了可以采用几十kW到几百kW的RF信号实现相对论磁控管采用轴向提取功率的相邻模式以及同一模式的不同纵向模式之间的切换,这里假设所需的RF信号的能量已经馈入到相对论磁控管腔体内。提出了实验系统中采用扇形波导和探针天线来馈入前级微波源来提供模式切换所需的RF信号的能量的方法。该方法分为两个步骤,首先采用扇形波导来将前级微波源提供的能量馈入到相对论磁控管的阳极体中;然后利用探针天线将馈入的RF信号辐射至相对论磁控管腔体内,提供模式切换所需的能量。数值模拟证实了该方法在实际应用中具有可行性以及实用性。     

柱面天线射频感性耦合等离子体放电模式特性的实验研究

利用Z-scan、电流、电压探头,通过测量等离子体吸收功率、天线电流、电压、等离子体直流悬浮电位等多种参数,研究了匹配网络、天线耦合强度、导电地面积、气压等多种因素对E,H放电模式特性及模式转化行为的影响.基于Γ型阻抗匹配网络中串联电容对射频电源输出功率的影响,提出了E—H放电模式转化的正负反馈区概念.研究发现：在相同的其他放电条件下,处于正反馈区时等离子体放电易于产生跳变型模式转化,而且模式跳变的临界天线电流、回滞宽度、跳变临界功率、跳变功率差等参数均随阻抗匹配网络参数产生明显变化;在负反馈区内,模式转化过程趋于连续.由于阻抗匹配网络的影响,E—H模式的跳变电流并不是总大于H—E模式的跳变电流.在不同导电地面积、阻抗匹配网络、气压下,模式转化过程中等离子体直流悬浮电位的变化呈现多样性. 关键词： 射频等离子体 感性耦合 容性耦合 模式转化     

硼中子俘获治疗实验装置射频功率源系统

中国科学院高能物理研究所建造了一台基于加速器的硼中子俘获治疗（BNCT）实验装置。射频功率源系统为352.2 MHz射频四极加速器（RFQ）提供高频功率,使束流离开RFQ时,其能量达到3.5 MeV。BNCT射频功率源系统主要包括速调管功率源、数字低电平控制系统、射频传输系统。本文介绍了BNCT射频功率源系统,主要包括物理需求、系统组成、关键设备、安装和调试。目前该装置已进行动物实验,加速器打靶束流功率4.3 kW,加速器射频功率源系统运行稳定。     

BEPCⅡ大功率波导真空阀门的研制

 大功率波导真空阀门是BEPCⅡ直线加速器微波系统的重点改进项目，作为微波大功率传输和真空密封双重功能的超高真空微波器件，机械结构比较复杂，制造工艺难度大。经过各方努力，已经研究完成16台大功率波导真空阀门，并在2004年全部安装在加速器上使用。目前进入到波导真空阀门的脉冲功率为30~50 MW，高功率运行工作状态良好。对阀门从设计原理、机械结构、微波测试及高功率运行等方面作了较详细的阐述。     

双微波馈入热阴极微波电子枪实验研究

中国工程物理研究院紧凑型自由电子激光太赫兹源装置采用了两路微波独立调谐热阴极微波电子枪作为注入器,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场并引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔,两路微波互不耦合。对于这种微波激励方式,微波电子枪首腔的电场相位和幅度在实验中均可调节,因此可以通过实验研究来优化微波电子枪的工作参数,从而减小热阴极微波电子枪的电子反轰效应,提高束流品质。介绍了该热阴极微波电子枪热测实验研究的最新结果,通过BCT测得微波电子枪出口处束流强度超过400mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化,这些指标和实验现象与理论研究结果较为吻合。     

SSC高频腔数值模拟及分析

SSC加速电压的提高对于HIRFL整体运行水平的提高具有重要的意义.利用三维电磁场计算程序MAFIA对SSC高频腔体作了更为细致的分析,重新计算了腔体的主要参数,结合运行中的实际结果,对电压提高的可行性进行了初步分析;由于在大功率运行状态下,少量的功率损失都可能影响腔–机系统的稳定性,所以同时利用MAFIA计算得到的结果,对功率耦合系统重新做了分析,得到了功率反射的理论极值及改进方案.     

强流RF 离子源研制及初步实验

介绍了RF离子源驱动源的结构设计及RF线圈的热流固耦合分析。RF离子源采用外置天线的感应耦合方式,采用双射频驱动源设计,每个射频驱动源功率约60kW,总体功率为120kW,可产生均匀高密度的等离子体,以满足稳定的长脉冲运行的要求。在完成上述工作的基础上完成了RF离子源样机组装和初步实验测试。     

Power Absorption in High Power Microwave Discharges

Measurements on RF power absorption in microwave discharges at 2.45 GHz, at pressures from 1 to 30 Torr in N2 and from 1 to 500 Torr in Ar, are described. A linear slow-wave structure of the strapped-bar type was employed for coupling RF energy to the plasma. From measurements on the plasma volume and on the total power absorbed, the variation with gas pressure of the RF power density in the plasma was obtained. For an incident power of 1 kW, power densities as high as 2-3 W/cm3 over relatively large plasma volumes could be achieved. The experimental data were used to calculate the pressure dependence of the electron density in an argon plasma, for an incident power of 1 kW.