LHC俘获腔高次模阻抗及抑制研究

为研究LHC俘获腔高次模阻抗的抑制结果,将频域和时域的方法应用于此腔的高次模阻抗的计算中,对装有4个磁耦合高次模抑制器LHC俘获腔(三维情况)做了抑制前后高次模阻抗的计算,得到了详细的腔的高次模频谱和阻抗抑制结果,由此可判断高次模吸收器的吸收效果和是否满足束流稳定性要求以及证实其设计的合理性.同时,模拟结果也显示引入高次模抑制器后腔中仍有一些阻抗值较高、具有潜在危险的高次模,这已引起高度重视并为今后的实验研究提供了重要信息.本文详细论述了用于LHC俘获腔的高次模阻抗计算的三维方法和高次模抑制的计算结果.     

吸收材料对超导高频腔高次模抑制的实验研究

束流粒子通过加速腔的基模加速,以达到所需的能量值. 由于腔本身的多谐性,束流在超导腔里面会激发起高次模,其中其电场分布对粒子加速起到负面作用的,称之谓有害高次模,减小或抑制有害高次模是加速腔研究的一个重要环节,利用铝模型腔对超导腔的高次模抑制进行研究,给出测量结果,研究表明:铁氧体是很好的微波吸收材料,对于所研究的超导腔内的高次模有着良好的吸收效果.     

BEPCⅡ国产500 MHz超导腔运行综述

北京正负电子对撞机二期(BEPCⅡ),国产500 MHz超导腔经过紧张的安装调试于2017年10月正式投入带束流运行。首先对此国产超导腔两次降温调试的相关参数进行了监测和对比分析;其次研究了通过高功率老练的方法改善超导腔的品质因数,并实时监测超导腔老练过程中的辐射剂量;最后对超导腔的带束流运行情况进行了介绍分析。结果表明:BEPCⅡ国产500 MHz超导腔虽然放置了6年,但是状态良好,通过高功率老练能够降低超导腔的辐射剂量,改善其性能,完全满足束流运行要求。     

纵向逐束团束流反馈冲击器模型腔的研制

纵向束流反馈系统是近年来国际上迅速发展并广泛应用的抑制储存环纵向耦合束团不稳定性的方法,冲击器是其中的关键部件之一.结合BEPCⅡ设计参数,研制了纵向束流反馈冲击器模型腔,并且利用同轴线法测量了该模型腔的阻抗和带宽,满足设计要求.该模型腔设计采用脊波导加载带鼻锥的pillbox腔体的方案,束流管道设计为BEPCⅡ标准跑道形.     

BEPCⅡ BPM模拟研究

基于减少光电子的要求,BEPCⅡ真空管道采用antechamber结构,TE模截止频率可能低于BPM信号处理频率500MHz.本文主要模拟研究TE10模对位置测量的影响,发现TE10模截止频率低于500MHz时,将带来束流位置测量误差10.1μm;改变狭缝长度,在TE10模截止频率高于500MHz时,测量误差将在可以接受的范围内.同时,模拟研究了BPM尾场对束流的影响,计算了相应尾场阻抗     

BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数Q0的测量

超导腔的静态热负荷和无载品质因数是表征超导腔低温恒温器以及超导铌腔性能好坏的最重要参数.BEPCⅡ超导腔采用的是液氦浸泡冷却方式,对两个超导腔在测试站分别进行了降温调试,在超导腔达到超导状态并稳定运行后,对其静态热损耗进行了测定.此外,超导腔Qo 的测量主要是采用热力学的方法测量其高频损耗然后经计算得出Qo.介绍了BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数的测量原理及方法,并且给出了两个超导腔在不同高频加速电压下的测试结果.此测试结果已作为BEPCⅡ超导腔验收测试的重要依据.     

BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数Q_0的测量

超导腔的静态热负荷和无载品质因数是表征超导腔低温恒温器以及超导铌腔性能好坏的最重要参数.BEPCⅡ超导腔采用的是液氨浸泡冷却方式,对两个超导腔在测试站分别进行了降温调试,在超导腔达到超导状态并稳定运行后,对其静态热损耗进行了测定.此外,超导腔Q_0的测量主要是采用热力学的方法测量其高频损耗然后经计算得出Q_0.介绍了BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数的测量原理及方法,并且给出了两个超导腔在不同高频加速电压下的测试结果.此测试结果已作为BEPCⅡ超导腔验收测试的重要依据.     

BEPCⅡ零模束流反馈系统研制

 为了抑制BEPCⅡ多束团(93团)、大流强（910 mA）时的纵向振荡（零模）,引入了BEPCⅡ零模束流反馈系统。该系统首次应用于BEPCⅡ储存环上,它包括了束流信号采集、滤波、下变频、鉴相、移相等几个部分。使用该系统后,束流的纵向边带被抑制度大于10 dB,这表明,系统能够抑制束流的纵向振荡。     

束流负载与束团相位补偿

分析研究了电子储存环上的势阱扰动,分析解给出了各束团同步相移、频移随高次模参数变化的规律.该研究结果可帮助我们优化高频腔的工作模式(通过调节调谐杆的位置来改变高次模的频率)和环上束团的分布,以减小束流负载效应,还可帮助我们利用谐波腔来补偿束团相位的变化.     

BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数Q0的测量

超导腔的静态热负荷和无载品质因数是表征超导腔低温恒温器以及超导铌腔性能好坏的最重要参数. BEPCⅡ超导腔采用的是液氦浸泡冷却方式, 对两个超导腔在测试站分别进行了降温调试, 在超导腔达到超导状态并稳定运行后, 对其静态热损耗进行了测定. 此外, 超导腔Q₀的测量主要是采用热力学的方法测量其高频损耗然后经计算得出Q₀. 介绍了BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数的测量原理及方法, 并且给出了两个超导腔在不同高频加速电压下的测试结果. 此测试结果已作为BEPCⅡ超导腔验收测试的重要依据.     

BEPCⅡ冲击磁铁的设计和样机研制

由于BEPCⅡ储存环注入系统对冲击磁铁的设计要求比较高，国际上现有的两种低束流阻抗的冲击磁铁方案都不能完全满足其要求. 本文提出的一种新型冲击磁铁方案解决了BEPCⅡ冲击磁铁的设计难题，并且通过样机的成功研制，证明了这种方案对于BEPCⅡ来说是可行的，结构和工艺设计是合理的.     

双束流负载效应

分析研究了双束流储存环上的束流负载效应.束团纵向尾场的作用分别为:能量损失、同步频移和耦合束不稳定性,这里只研究前两个方面.以来团连续分布的束团串情形和均匀分布情形为例,给出了同步相移、频移与高次模参数及高频腔分布的关系.研究结果有助于优化高频腔的工作模式(通过调节调谐杆的位置来改变高次模的频率)和环上束团的分布,以减小束流负载效应.当高频腔关于对撞点对称分布时,正负电子的束流负载效应相同,可以用补偿单束流负载效应的方法来补偿正负电子束团的相位.     

``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.     

BEPCⅡ高频屏蔽波纹管纵向耦合阻抗测量和数值计算

根据BEPCⅡ工程的需要, 在高能物理研究所搭建了阻抗测量平台, 对BEPCⅡ部分真空部件进行纵向耦合阻抗的测量. 测量平台基于同轴线方法, 使HP/Agilent 8720ES微波网络分析仪在频域进行测量. 在此平台上可以用TRL校准技术和等长比较件两种方法测量真空部件耦合阻抗. 本文介绍BEPCⅡ阻抗测量平台以及对高频屏蔽波纹管(bellows)的阻抗测量和数值计算结果, 并对测量结果和测量平台系统误差进行了分析.     

"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TMllo 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TMllo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TMllo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,BU受到抑制,束流脉冲中的高频振荡消失.     

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.     

S波段直线对撞机中具有膜片涂层加速腔的高功率实验

加速管中的高次模(HOM)能导至累积束流崩溃,因此这些模式必须被抑制.在S波段直线对撞机中(SBLC),采用了在束流孔膜片上复盖适当的损耗材料的方式.HOM的Q值被减小了5倍,而基模的Q值几乎保持不变.3种材料被考虑,即:stainlesssteel,kanthal和galvedc为了对具有这种涂层的加速腔进行高功率测试,一个两腔的谐振器结构被设计.本文描述了高功率测试的原理,过程以及初步的结果.     

BEPCⅡ电子环寄生模损失测量

BEPCII在设计阶段从束流不稳定性和寄生模损失角度对阻抗提出了限制,但在BEPCII运行中寄生模损失是影响高流强稳定运行的因素之一。针对BEPCII电子环的寄生模损失进行了测量,主要是基于同步相移随流强的微小变化、束流功率测量和高阶模吸收器的功率。测量结果表明:两种方法对比测量全环寄生模损失,结果重复可信,且全环寄生模损失是超导腔寄生模损失的4~5倍。     

一种新型冲击磁铁的理论分析和模拟计算

在国际上已有的冲击磁铁方案不能完全满足BEPCⅡ储存环注入系统对冲击磁铁宽均匀场区、高均匀度和低束流阻抗的设计要求的情况下,提出了一种新型冲击磁铁的设计思想.理论分析和瞬态OPERA程序模拟计算的结果表明,在Δx=±20mm的范围内,中心平面上场的均匀性为±0.6%,y=5mm的平面上场的均匀性为±0.7%,y=10mm的平面上场的均匀性为±2.9%,均优于BEPCⅡ储存环注入对冲击磁铁的设计要求.MAFIA程序模拟计算的束流阻抗Z/n(eff)小于0.022Ω,小于设计要求的0.025Ω.     

流强探测器发热分析及改善方法

BEPCⅡ新参量流强探测器在束流高流强对撞模式下存在严重发热问题。为了稳定和精确的测量,对可能的发热原因进行了综合讨论,针对真空盒发热问题利用CST进行尾场模拟,以本征模计算得到稳态温度分布。对探测器发热问题利用等效的反射阻抗计算方法得到陶瓷狭缝的截止频率,从而有针对性地提出了实用的解决方案并得到了理想的实验结果。实验基本解决了BEPCⅡ探测器的发热问题,对今后流强探测器的改进和未来流强探测器的研发和设计有指导意义。