HEPS在轴注入冲击器系统及快脉冲电源样机研制

高能同步辐射光源(HEPS)是我国计划建造的下一代基于储存环的高亮度光源,束流自然发射度已经接近衍射极限。作为典型的低发射度储存环(LER),HEPS的动力学孔径远小于物理孔径,传统的离轴累积注入已经无法满足要求,只能采用基于strip-line kicker的在轴注入方案。为了实现逐束团操控,HEPS要求注入kicker脉冲电源底宽(3%~3%) < 10 ns,半高宽(50%~50%)>4.5 ns,幅度>±17.5 kV(50 Ω负载),重复频率>50 Hz。高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)工程研制了一台基于DSRD的双极性快脉冲电源性能样机,在50 Ω负载上可以获得上升时间(10%~90%) < 2.6 ns,下降时间(90%~10%) < 3.2 ns,半高宽(50%~50%)>5 ns,底宽(3%~3%) < 10 ns,幅度>±18 kV的脉冲高压,可以满足HEPS注入基准方案——在轴置换注入的要求。     

一种基于磁饱和变压器的DSRD脉冲电源设计

漂移阶跃恢复二极管（DSRD）具有开关速度快、重频高、工作电流大等优点，在脉冲功率技术中很有应用前景。研究了一种基于磁饱和变压器的DSRD泵浦电路拓扑结构，具有体积小、重量轻、可靠性高等特点。根据DSRD的工作要求，采用功率MOSFET作为初级开关，结合磁饱和变压器的升压和磁开关特性，设计了DSRD的泵浦电路。利用Pspice软件对电路进行了仿真分析，验证了电路原理的正确性。在仿真分析的基础上，完成了一台原理样机的设计和电路实验。实验结果表明，该电源样机在前级充电电压800 V条件下，50 Ω负载上产生的脉冲幅值大于7 kV，前沿小于4.2 ns（10%～90%），半高宽约10 ns。     

BEPCⅡ注入冲击磁铁电源系统的时间漂移调节器

北京正负电子对撞机二期改造工程(BEPCⅡ)对注入冲击磁铁电源系统的时间稳定性提出了很高的要求,即脉冲的时间抖动和漂移总量小于±5ns.BEPCⅡ冲击磁铁电源采用的是基于闸流管开关的LC谐振放电的半正弦脉冲电源,为了补偿包括闸流管在内的系统时间漂移,研制了时间漂移调节器,经过测试其主要性能指标达到设计要求,调节分辨率为1ns,自身抖动加8小时漂移小于2n5.主要介绍时间漂移调节器的基本原理和实现手段,以及研制过程所获得的主要经验.     

环形正负电子对撞机注入引出分布参数型冲击磁铁设计

环形正负电子对撞机（CEPC）是一台周长100 km,最高能量为120 GeV的双环对撞机。为了满足不同能量粒子从增强器注入到对撞环,针对W和Z能量模式设计了对撞环离轴注入系统,用于实现束流的累积。为了提高注入效率,兼容不同注入能量,不同束流填充模式,同时尽可能减少注入过程中冲击磁铁对其它束团的扰动,要求对撞环离轴注入冲击磁铁系统是一个上升时间和下降时间小于200 ns,脉冲底宽调节范围为440～2420 ns的梯形波脉冲放电系统。和常见的集中参数型冲击磁铁相比,分布参数型冲击磁铁具有更优越的动态响应特性,适合产生一个前沿更加陡峭、波形更为理想的梯形波脉冲。根据CEPC的束流注入物理需求,完成了一台分布参数型冲击磁铁的物理设计和结构设计,并采用了PSpice和Opera程序进行模拟仿真。设计结果表明：冲击磁铁由26级LC单元结构叠装而成,磁铁总长为1018 mm,磁有效长度为942 mm;在[-20,20] mm磁铁孔径内,磁场强度为0.042 1 T,磁场均匀性优于±0.2%;冲击磁铁系统总上升时间（10%～90%）为193 ns,下降时间（90%～10%）为191 ns。理论分析、...     

双极性脉冲电源的平衡变压器技术

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)采用的是新型冲击磁铁Slotted Pipe Kicker, 其结构上要求双极性供电. 平衡变压器是实现双极性的关键部件, 是解决脉冲源闸流管阴极可直接接地的绝好技术途径. 平衡变压器是一种具有特殊用途的高压快脉冲变压器, 因此其设计除了要解决高压快脉冲变压器的一般性技术问题外, 还必须着重考虑电流平衡度指标. 通过理论分析、模拟计算和测试实验证明不平衡电流主要由变压器的励磁电流和磁芯涡流损耗等效电流两部分组成. 平衡变压器磁芯材料和几何尺寸选取, 以及原副边导体结构设计是 实现设计指标的关键所在. 样机测试结果与设计计算结果相符, 验证了平衡变压器设计理论的正确性, 且平衡度D<1%达到预定指标.     

BEPCⅡ注入冲击磁铁电源系统的时间漂移调节器

北京正负电子对撞机二期改造工程(BEPCⅡ)对注入冲击磁铁电源系统的时间稳定性提出了很高的要求, 即脉冲的时间抖动和漂移总量小于±5ns. BEPCⅡ冲击磁铁电源采用的是基于闸流管开关的LC谐振放电的半正弦脉冲电源, 为了补偿包括闸流管在内的系统时间漂移, 研制了时间漂移调节器, 经过测试其主要性能指标达到设计要求, 调节分辨率为1ns, 自身抖动加8小时漂移小于2ns. 主要介绍时间漂移调节器的基本原理和实现手段, 以及研制过程所获得的主要经验.     

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.     

非线性传输线在DSRD脉冲电源中的应用

加速器技术的发展,对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高,底宽达到ns量级,还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其速度快、工作电流大等优点,在ns级脉冲电源中应用前景广泛,但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源,使用非线性传输线对脉冲进行整形,同时对脉冲的前后边沿进行锐化,缩短脉冲边沿的时间,大幅减小脉冲前后的残余电压,提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验,实验结果表明,该样机在50Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV,前后边沿时间（10%～90%）约2 ns,底宽（3%～3%）小于8 ns。