北京大学DC-SC光阴极注入器的升级设计

 基于直流电子枪-超导加速腔（DC-SC）光阴极注入器样机的初步实验结果，北京大学提出了新的注入器的改进设计。新注入器核心结构包括皮尔斯枪和3+1/2超导腔。文章给出了它们的详细结构参数，然后采用程序，对注入器的束流动力学进行了模拟。结果发现：新注入器可以提供具有高束流品质、高平均流强的电子束，束团的电荷量100 pC，横向发射度低于2 mm·mrad,脉宽5 ps,rms束斑可达0.5 mm，重复频率81.25 MHz；也可以提供电荷量为300 pC低重复频率的高峰值流强的电子束，其横向发射度小于3 mm·mrad,脉宽约为9 ps，以满足北京大学自由电子激光（PKU-FEL）实验平台的要求。     

Optimization of a Cryogenic System at Temperature 2 K for the PKU-FEL Facility

The conceptual design of a cryogenic system at temperature 2 K for the Peking University Free Electron Laser （PKU-FEL） facility is carried out. In order to minimize the scale of the cryogenic system and the running cost, the superconducting accelerator and the superconducting injector will mainly run at a long-pulsed mode. Optimization of the 2-K cryogenic system is carried out based on the heat load estimation and running parameters. Total cooling power of 52.5 W for the long-pulsed mode is necessary for the PKU cryogenic system. The PKU cryogenic system will be the first 2-K system for accelerators in China and will provide experience for similar facilities.     

射频超导技术与ERL技术新进展

射频超导谐振腔可以工作在连续波或长宏脉冲模式.射频超导技术已发展为加速各种带电粒子束的重要手段.射频超导技术发展的前期受材料性能、腔的处理以及加工安装水平等的限制.经过几十年的不断改进,射频超导技术获得了重大突破.射频超导腔应用到超导加速器上并成功运行,积累了腔的质量控制工艺和工业化制备的大量经验.近期国际上面对未来大科学装置项目,在射频超导技术方面进行了大量的研发工作,主要包括提高超导腔加速梯度的新腔型研究和采用新型材料(大晶粒铌材)超导腔的研究.能量回收直线加速器(ERL)技术是近年来获得发展的重要加速器技术.ERL具有高效、节能、稳定性好、低辐射水平等优势,被越来越多地应用到先进光源和自由电子激光装置中.     

北京大学ERL装置交汇段的研究与设计

 在交汇段设计理论的基础上，针对北京大学ERL的具体情况，对交汇段的束流传输结构进行了优化设计，通过模拟得到了满足要求的一组设计参数；研究了空间电荷效应以及相干同步辐射对束流发射度、能散及包络的影响。结果表明：空间电荷效应对发射度影响不大，但对束流包络影响较明显；相干同步辐射引起的发射度增长及能散较小，且不影响束流包络。     

β=0.45, f=350 MHz Spoke腔的设计

近几年来,低b超导腔(例如spoke型，re-entrant 型,CH型)作为质子或者离子在中低能段的加速结构成为研究的热点.许多实验结果表明spoke腔在低能段是很好的选择,在中能段跟椭球腔相比也很具有竞争实力,为此,北京大学开展了β=0.45,频率为350MHz的spoke型质子超导加速腔研究. 本文详细阐述了这种腔的结构及电磁场的设计,从射频参数Q,r/Q,最大表面电磁场和加速效率的计算结果来看,它具有很好的加速性能.     

北京大学高平均流强光阴极电子枪驱动激光系统

DC-SC超导光阴极注入器将直流光阴极电子枪和超导加速腔结合在一起,其特点之一是适合于提供高平均流强电子束.文中介绍了直流光阴极电子枪的驱动激光系统的研制.该驱动激光系统的主机为瑞士TBP公司的GE-100-XHP型激光器,是采用可饱和吸收镜技术的被动锁模激光器,其工作晶体为Nd:YVO₄,输出波长为1064nm,脉冲重复频率为81.25MHz,平均功率10W.该驱动激光系统配套的CLX-1100同步控制器可以将激光脉冲与射频参考信号严格锁定,随机抖动不大于1ps.根据使用要求,作者研制了高效的激光倍频器,获得了大于1W的266nm紫外激光.同时,激光到光阴极的传输设计中,采用了傅立叶光学技术,在紫外激光功率650mW左右的条件下,从自行研制的Cs₂Te光阴极上实现了大于500μA的光电流引出     

改进的TESLA式高阶模衰减器的实验研究

讨论了TESLA型高阶模耦合器的改进, 对所设计的改进型TESLA式高阶模耦合器进行实验, 对理论计算与实验结果进行详细分析, 结果表明改进的高阶模耦合器理论计算和实验结果符合得较好.     

2-cell超导腔的高阶模分析

 阐述了2-cell Telsa腔的设计。用3维程序HFSS分析了其高阶模的特点，给出了高阶模的主要参数频率、品质因数、分路阻抗以及模式的电场分布，并且π模的电场分布与Superfish的模拟结果相比较，两者是一致的。最后，简要分析了各高阶模对电子加速的影响，分析表明高阶模降低了电子加速效率和束流的稳定性。     

硒蒸气浓度对制备CIGS薄膜的影响

采用“预制层硒化法”制备CuIn_1-xGa_xSe₂ (CIGS)薄膜. 基于自主设计的“双层管式硒化装置”, 通过控制硒蒸气浓度优化退火工艺, 研究硒蒸气浓度对薄膜光电性能的影响. 利用俄歇电子能谱(AES)和X射线衍射分析(XRD)等手段对不同硒浓度氛围下生成的CIGS薄膜的成分和物相进行表征, 并在AM1.5、1000 W·m^-2的标准光照条件下比较相应CIGS电池器件的输出性能. 实验结果表明: 饱和硒蒸气下退火得到的样品, 基底钼膜遭到严重腐蚀破坏, 失去背电极功能; 在低浓度硒气氛下退火不能有效消除CIGS薄膜的偏析和缺陷, 以致光电转换效率低; 而在无硒惰性氛围下退火的样品, 生成了物相均一化的CIGS薄膜, 由此制备的CIGS电池取得了8.5%的转换效率.     

Design of a capacitive main power coupler for RF superconducting accelerators

An updated main coupler has been designed for the superconducting accelerator of Free Electron Laser (FEL) project under construction in Peking University. A capacitive structure is chosen for the main coupler. Numerical investigation using CST Microwave Studio demonstrates the cold window part. The other nonstandard structures such as holding rods and antenna are also optimized. The coupler uses a 95% purity Al₂O₃ ceramic cold window. The VSWR (Vottage Standing Wave Ratio) is 1.02 at 1.3GHz and the frequency bandwidth is 45MHz with VSWR<1.1. The electric field intensity is 8.5×10^－2kV/mm around the window with 20kW Continuous Wave (CW) transmitted power. The Q_ext is designed variable from 5×10⁶ to 1×10⁷.