Accelerating structure design and fabrication for KIPT and PAL XFEL

ANL (Argonne National Laboratory) and the National Science Center “Kharkov Institute of Physics Technology” (NSC KIPT, Kharkov, Ukraine) jointly propose to design and build a 100 MeV/100 kW linear accelerator which will be used to drive the neutron source subcritical assembly. The linac has almost finished assembly in KIPT by a team from the Institute of High Energy Physics (IHEP, Beijing, China). The design and measurement result of the accelerating system of the linac will be described in this paper.     

BTF加速器物理设计

北京X射线自由电子激光试验装置(BTF)将“寄生”在BEPCⅡ直线注入器这一国内能量最高, 性能最好的电子直线加速器上.BTF将弃用现有直流枪予注入器, 采用光注入器(photoinjector)经低能输运线斜注入到BEPCⅡ直线加速器主加速器, 同时拆掉三节加速管以安装两级磁压缩器, 并在A46后拆掉二节加速管引出束流, 经高能输运线后进入波荡器.模拟结果表明改造后的直线加速器BTF电子能量可达1.18GeV、能散0.15%、归一化发射度小于2.5mm.mrad.     

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。     

BEPCII电子枪系统设计

 BEPCII改进工程需要更高流强的电子枪。新电子枪系统的物理设计、机械设计、控制系统设计等均进行了描述。电子枪的设计发射电流在脉宽为1 ns时大于10 A，重复频率50 Hz。将会采用脉冲电源来为电子枪提供最高200 kV的脉冲高压。在设计阶段，电子枪的几何结构和束流传输过程利用计算机模拟进行了优化。EGUN和DGUN的计算结果表明导流系数为0.22 mA·V^-3/2，电子枪出口的发射度为16 p·mm·mrad。PARMELA的模拟结果表明束流能顺利地传输至第一根加速管末端，捕获效率为67%，出口的均方根发射度为25 mm·mrad。基于EPICS平台的电子枪控制系统设计也已完成，提供了全新的双脉冲运行模式和2.5 μs长脉冲运行模式。     

BEPCⅡ电子枪系统测试与运行

2004年7月BEPCⅡ新电子枪系统在测试台进行了测试, 同年11月投入BEPCⅡ直线加速器运行. 描述了新电子枪系统的测试与运行状态. 电子枪设计电流10A, 脉宽1ns,重复频率50Hz, 脉冲高压200kV, 提供单脉冲和双脉冲运行模式. 通过实验获取了一些重要的关系曲线, 同时进行了初步的双脉冲测试. 流强及发射度测量等测试结果表明设计阶段的计算机模拟数据与实际情况基本相符. 从电子枪实际运行状况来看, 其设计与制造是成功的.     

BEPC实验电子枪系统的研究

E5-4实验电子枪系统是BEPC电子枪系统的改进版本，文中首先对其进行了理论分析，并介绍了利用Y796阴栅组件和新的电源及Pulser系统进行测试的结果，分析了各个参数对束流的影响，给出了电子枪流强与直流高压、pulser 电压、栅偏压、阴极参数等的关系曲线，对BEPCII电子枪系统的研制和调试起到了重要的指导作用.     

BEPCⅡ直线注入器重大改进进展

BEPCⅡ是“工厂”型的高亮度正负电子对撞机.它要求其直线注入器提供高能(1.89GeV)和强流(40mAe+,30 0mAe- )的正负电子束以实现全能量注入和高注入速率(5 0mA/min .e+) ,并要求直线注入器出口正负电子束的发射度低(1.6πmm·mrade+,0.2πmm·mrade- )、能散小(±0.5 % )以满足储存环接受度的要求.因此,必须对现有BEPC的直线注入器作重大改进,包括新电子枪及其束流调整系统、新正电子源及其磁号装置、新微波功率源及其相位控制系统、新的束流轨道和光路调整系统等.这些新系统和装置大多已完成了设计、研制、测试和试组装等,将在今年的春夏安装于隧道,并期望在年底前获得正负电子束.     

40 kV/6 kA引出Kicker磁铁脉冲电源设计

 从脉冲电源参数计算、电源整体设计、脉冲形成网络（PFN）设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况，提出一种新型的低阻抗PFN设计方法，给出了脉冲电源和PFN的参数，利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5 kV时磁铁的励磁脉冲电流波形，励磁电流脉冲幅值达到5.8 kA。仿真结果表明：PFN的单元电容电感相同时,采用较多的PFN节数,励磁电流脉冲宽度会变宽,电流脉冲前沿和平顶度没有显著变化;采用合适长度的电缆,可以有效避免反射电流对主脉冲电流波形产生影响。     

CSNS引出冲击磁铁脉冲电源设计

从脉冲电源参数计算,电源整体设计,脉冲形成网络(PFN)设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况,提出一种新型的低阻抗PFN设计方法,给出了脉冲电源和PFN的参数,利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5kV情况下磁铁的励磁脉冲电流波形,励磁电流脉冲幅值达到5.8kA.结合仿真结果,分析了不同PFN节数和传输电缆长度对磁铁电流波形的影响.     

全固态Marx脉冲调制器设计

固态Marx脉冲调制器是基于IGBT固态器件根据Marx发生器的原理设计的脉冲调制器, 即阵列堆叠的多个单元模块把并联充电的电容串联起来向负载放电. 固态Marx脉冲调制器的设计摒弃了传统高压脉冲调制器中的脉冲变压器、脉冲形成线和重氢闸流管, 基于IGBT固态器件的模块化设计和冗余设计, 提高运行可靠性和效率, 降低建造成本和系统体积. 介绍固态Marx脉冲调制器的设计和关键技术的解决方法, 并给出仿真结果.