大功率辐照加速器的研制

介绍了10MeV/20kW大功率辐照加速器的设计. 该加速器采用返波型行波加速结构加速管, 综合了常规行波加速结构微波反射小、频率稳定性好和驻波加速结构分流阻抗高的优点. 加速器工作于S波段, 中心频率为~2856MHz. 利用自编的模拟程序AccDesign进行物理设计, 设计输出电子束能量为10MeV, 脉冲流强300mA, 加速管总长1.5m, 模拟计算结果显示微波至电子束的转换效率为66%. 同时利用计算机仿真程序对加速腔的温度和应力分布进行了计算, 得到了微波功率损耗对加速腔频率的影响.     

辐照用紧凑连续波电子加速器的物理设计

为适应工业电子加速器需求增多的现状,提出了一种新型的结构紧凑的连续波电子加速器,运行频率为180MHz。依靠置于加速腔外的多个偏转磁铁,使电子束多次穿越加速腔,从而得到持续的加速。设计过程中,用CST软件对谐振加速腔进行了优化,用Parmela软件模拟了束流的粒子动力学。粒子纵向稳定度和横向聚焦也通过模拟进行了分析和验证。结果显示:此种新型加速器能得到9MeV,100kW的稳定电子束流。     

基于3维实体重建的直线加速器加速管热稳定性的优化设计

 行波电子直线加速器运行时加速管腔体因铜损会产生不均匀的热变形和腔频率偏移。因无法获知腔频率的准确偏移值,设计加速管冷却系统的一种经验设计方法是控制管体温度离散度在3 ℃之内。提出并实现了一种以直接控制加速管腔体频率离散度为设计目标的方法。采用插值蒙皮曲面造型理论,依据温度场和热变形的有限元仿真结果,高精度重建出变形后的腔体3维实体模型。将其导入到电磁场分析软件微波工作室,解算出不均匀温度分布造成的热变形引起的各腔频率偏移,实现了热-结构-电磁场的耦合分析。以加速管腔体频率离散度最小为设计目标,获得冷却系统优化参数。相对于经验设计方法,可大大减小冷却水流量和水压差,节约运行成本。     

W–band光注入器的模拟研究

模拟研究了1.6个腔、高梯度的W-band光阴极微波电子枪系统,该系统能产生和加速300pC的电子束团.设计系统由频率91.392GHz光阴极微波电子枪以及频率91.392GHz行波加速结构组成.基于射频直线加速器标度律与数值模拟结果,设计系统能产生能量1.74MeV,电量300pC,束团长度0.72ps,归一化横向发射度0.55mm·mrad的电子束团.研究了高频、高梯度下的束流动力学.由于高梯度,有质动力效应在束流动力学中起重要作用,且由于横向与纵向之间的耦合,在基次空间谐波的情形下,仍然存在着有质动力聚焦效应.     

X波段重频过模返波振荡器实验研究

根据两腔振荡器和返波管的特点研制了过模结构返波振荡器, 该器件主要由调制腔和换能腔(慢波结构)两部分组成. 调制腔既是电子束的预调制腔, 也是微波谐振反射腔, 它同换能腔形成一个过模微波谐振腔,经调制腔调制后的电子束在换能腔中实现束波能量转换. 根据加速器的电子束参数(束压为1 MV,束流为20 kA)设计了一个X波段的高功率微波器件,2.5维粒子模拟程序模拟得到微波频率为8.25 GHz,输出功率为5.70 GW. 用超导磁体作为引导磁场,单次运行输出微波功率为5.20 GW,微波频率为(8.25±0. 关键词： 两腔振荡器 返波振荡器 多波切连科夫发生器     

高俘获效率电子辐照加速器的设计研究

加速管是一台加速器的核心部分. 一般电子辐照加速器的俘获效率在50%左右, 一半的电子都损失在加速管内. 丢失的电子打在加速管内壁, 产生轫致辐射、腔体发热量增加、真空变坏等许多负面影响. 采用一段等梯度加速结构, 相速沿加速管呈线形增加,调整相速变化规律及加速管腔体的尺寸参数, 设计出的加速管最终的俘获效率提高到90%以上, 同时平均加速梯度没有因此降低, 加速管总长度没有增加.     

轴向加速管—一种新的高功率微波源

 提出一种新的高功率微波源器件——轴向加速管,与径向加速管比较,有两点不同：在二极管/共振腔后加了一个加速区及将径向加速改为轴向加速。研究了这种器件中电子束的群聚和辐射。发现在二极管与共振腔结合的系统里,电子束可实现理想群聚,各次谐波电流在非相对论条件下可达到初始电流的5.6倍。通过电子束再加速和仔细设计提取腔,可望得到可调频率和高功率的微波脉冲。     

低能强流电子加速器的研制

中国科学院近代物理研究所在现有DG系列电子加速器技术的基础上,通过改进加速结构,研制了一台低能强流电子加速器,其设计指标为500 keV/150 mA。该加速器采用高压发生器倒置的结构,并增加了中磁圆盘,提高了电能转换效率。采用了较短的加速管结构,有利于强流电子束的传输,同时使加速器整体更为紧凑。加速器束流调试结果为500 kV/170 mA,完全优于设计指标。     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

 能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

花瓣形加速器加速腔结构的优化设计

 介绍了一种新型辐照加速器——花瓣形加速器NB100（10 MeV/100 kW）。用电磁场3维仿真软件模拟计算了此种加速器加速腔的高频特性参数,研究了腔体特性参数与几何尺寸的关系,在考虑电子束渡越时间情况下,优化出了一组频率为100 MHz时的加速腔结构其尺寸为：腔体高度1 547 mm,外筒内半径980 mm,内筒外半径240 mm,内筒倒圆角半径210 mm,外筒倒圆角半径110 mm。计算结果表明：该种新加速腔具有较高的有效分路阻抗和品质因数。