深度抑制的超导高频腔研究

参照KEKB 509MHz超导腔,同时考虑到许多方面因素的影响,为北京正负电子对撞机改造工程改频设计了一个500MHz超导腔,并且对腔的一些性能进行了模拟计算,同时利用铝模型腔对一些主要参数进行了测量和校核.     

BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制优化研究

BEPCⅡ500MHz超导腔是BEPCⅡ储存环的关键设备,腔中高次模的分布和阻抗将很大程度上直接影响束流的稳定.因此,研究BEPCⅡ超导腔的高次模分布和高次模吸收器的吸收效果对实现BEPCⅡ指标至关重要.为此,通过改变高次模吸收器的位置、铁氧体吸收材料的长度、厚度以及腔的渐变过渡波导的角度等对BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制进行了模拟优化研究,从而找到并确定了吸收器对高次模阻抗抑制的最优值.同时,为证实模拟计算结果的正确性,对BEPCⅡ超导模型腔进行了高次模分布和吸收测量,得到了与计算一致的结果.结果表明,经过细致优化腔的高次模吸收器,腔中大部分高次模被深度吸收了,那些具有潜在危险的高次模阻抗值降到了阈值以下,满足BEPCⅡ束流阻抗要求     

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.     

1.3GHz单cell高梯度低损耗超导腔设计研究

计划中的国际直线对撞机(简称 ILC), 已确定采用低温超导技术. 研究表明, ILC的整体造价与超导腔的加速梯度密切相关, 因此新型高梯度超导腔的研制, 已成为目前ILC的热门课题. 目前超导腔加速梯度的提高受限于超导体射频临界磁场(H_c^rf), 希望通过腔形的优化设计, 来减小超导腔表面峰值磁场与加速梯度的比值(H_p/E_acc), 进而提高超导腔的加速梯度, 以满足ILC的要求. 目前, 具有代表性的高梯度超导腔新腔形有两种, 即低损耗超导腔(LLSCC)和重入式超导腔(RESCC). LLSCC相对于RESCC而言, 具有较低的H_p/E_acc, 因此在理论上LLSCC更易于达到较高的梯度. 作者对1.3GHz单cell高梯度低损耗超导腔的腔形进行了详细的研究, 给出了相应低损耗超导腔腔形, 并对这一设计结果进行了分析比较.     

国产铌材超导腔的研制和实验

通过对国产铌腔的研制和探索，掌握了超导腔的计算制造和实验研究的关键技术，进行铌材性后获得了铌腔后处理的特定工艺，在２．５Ｋ温度时，国产铌腔的加速梯度超过１０ＭＶ／ｍ，品质因素１０＾９。     

超导腔的热击穿和超导铌材料RRR值的无损测量

介绍超导腔热击穿原理 ;讨论了超导体热击穿磁场与超导材料 RRR值之间的定量关系 ;同时介绍一种非常实用的超导腔体 RRR值的测量方法涡流法无损测量原理及其实现方法 ;最后给出了国内外两种典型超导铌材料 RRR值的比较测量结果     

射频超导腔的低温烘烤研究

射频超导腔在高场下的Q-slope严重影响到高加速梯度的获得.研究表明100—150°C低温烘烤(Bake)对改善超导腔的Q-slope有比较好的效果. 本文在大量超导腔Bake实验的基础上, 对Bake进行了系统的研究. 研究结果显示, 电抛光(EP)超导腔经过Bake后, 平均加速梯度和高Q值(1×10¹⁰)时的加速梯度均增加3.5MV/m以上, 最大加速梯度时的Q值得到增加, Q-slope得到改善. 对Bake温度的研究表明, 在最佳Bake温度范围内, 高的Bake温度能得到相对高的Q值. 对比化学抛光(BCP)和EP超导腔可知, 要得到好的加速性能, 需要60—80μm的EP.超过10—15μm的BCP会使EP超导腔品质下降. 用氧扩散模型对Bake作出了解释.     

1.5GHz铌腔RF超导的实验研究

北京大学重离子所自1988年开始“超导腔”课题的研究工作,经过三年不懈努力获得了重大进展,受到国内外同行与专家的好评。本文详述了此课题的实验准备工作及低温超导物理实验过程,总结了RF(射频)超导实验技术、微波及锁相测量技术、腔体的后处理技术、计算机模拟设计及计算机控制、数据获取与处理等有关工作的进展和成果。目前,1.5GHz铌腔在CW模式的低温超导实验中获得了8.6MV/m(Q_o=6.5×10~8)的加速梯度,并在2K温度时,测得Q_o=8×10~9,这些实验结果达到了当前国际上的先进水平。     

1.3GHz新结构超导实用单胞腔物理设计

报道了一个新设计的单胞腔,其表面电场峰值与加速梯度之比值E_p/E_acc小于1.8.把它做为9胞腔的半端胞时,其中间胞π模的E_p/E_acc可以低到2.024,胞-胞间耦合系数k可高达1.95%.并用阻带模型计算了单胞腔的高次模特性;阐述了超导驻波腔腔形的概念、腔几何参数定义、腔胞和束管设计原则、加速模和高次模计算方法,并讨论了程序计算的可靠性条件.     

北京大学国产大晶粒铌材超导腔的性能研究

大晶粒铌材是射频超导领域的研究热点之一. 采用大晶粒铌材的射频超导谐振腔, 其后处理工艺可以大大简化. 北京大学对此进行了深入细致的研究, 自主研制了采用国产大晶粒铌材的射频超导腔, 对这些超导腔进行了简单的表面处理, 包括标准的化学抛光(BCP)和120℃低温烘烤处理, 未进行非常复杂的电抛光处理, 低温性能测试结果表明其低温超导性能优越, 大晶粒1.3GHz超导腔的加速梯度达到了43.5MV/m, 为我国超导加速器的国产化打下了基础.     

Suppression of HOM's on a Prototype Superconducting Cavity by Absorbers

Higher-order modes (HOM's) excited in the Superconducting Cavity (SCC) can be damped through many ways. Microwave absorbers, HOM' s couplers, coaxial waveguides and other devices are used to achieve this aim. The recent status of the R&D on an 800MHz Prototype SCC being developed is presented in this paper. For the cavity, the HOM' s damping by absorbers is obtained with the large beam duct. A low power measurement on a prototype cavity has been carried out and the Q-values of HOM's are confirmed to be drastically reduced. Two types of ferrite as absorbers are investigated to achieve the function of damping the HOM' s. The modes we concerned focus in the range of 0.8-2.7GHz. By means of changing the parameters of the ferrite used in the cavity, a conclusion about the damping is acquired . Measurements indicate that most of the HOM' s in this range are effectively absorbed and damped at the presupposition that the basic mode is not affected. A few special modes are pointed out, which cannot be absorbed by means of absorbers because they cannot propagate out of the cavity. The two types of ferrite used in this project have similar property with the same value of B, equal to 1500Gs and the different values of e equal to 14, 16 respectively. In order to study the relation between the parameters of ferrite and the damping effect, further research will be carried out sequential- ly.     

Generation of Entangled States of Multiple Superconducting Quantum Interference Devices in Cavity

We propose a scheme for generating the maximally entangled states of many superconducting quantum interference devices (SQUIDs) by using a quantized cavity field and classicalmicrowave pulses in cavity. In the scheme,the maximally entangled states can be generated without requiring the measurement and individual addressing of the SQUIDs.     

铁氧体填充不调谐加速腔模型研究

在医用质子同步加速器方案中,采用铁氧体加载的不调谐高频加速腔,为进行原理验证和实验研究,制作了一台不调谐腔模型,模型腔为圆柱形同轴腔,腔内用铁氧体环填充,在同步加速器工作频率范围内,模型腔可基本实现与功率源的阻抗匹配.     

Preparation of Entanglement and Schrodinger Cat States of Superconducting Quantum Interference Devices Qubits via Coupling to a Microwave Cavity

An alternative scheme is proposed for the generation of n-qubit W states of superconducting quantum interference devices （SQUID） in cavity QED. In this scheme, Raman coupling of two lower flux states of SQUID system is achieved via a microwave pulse and the cavity mode. Conditioned on no photon leakage from the cavity, the n-qubit W state can be generated whether the effective coupling parameters of the SQUID to cavity mode and classical microwave fields are the same or different. Our strictly numerical simulations of the time evolution of the system including decay show that the success probability of our scheme is almost unity and the interaction time is on the order of 10-9 s. The scheme can also be used to generate the Schrodinger cat states of multi-SQUID.     

700MHz单cell超导腔洛伦兹力失谐分析

着重论述了超导腔的洛伦兹力失谐,并对704MHz/β=0.45单cell纯铌超导腔进行了静态洛伦兹力失谐分析和动态洛伦兹力失谐分析,对增加其机械稳定性的方式方法进行了讨论和计算,给出了其相应的加固方案.     

Generation of an Entangled State of Two Three-Level Superconducting Quantum Interference Devices in Cavity

We propose a scheme for generating a maximally entangled state of two three-level superconducting quantum interference devices (SQUIDs) by using a quantized cavity field and classical microwave pluses in cavity. In this scheme, no quantum information will be transferred from the SQUIDs to the cavity since the cavity field is only virtually excited. Thus, the cavity decay is suppressed during the entanglement generation.     

超导腔垂直测量系统中的磁屏蔽

简要介绍空间磁场对纯铌超导加速腔性能的影响,以及在超导腔垂直测量时对空间磁场进行有效屏蔽的方法.由于多数磁性材料对应力和温度变化非常敏感,而且国内缺乏在低温下相关磁屏蔽材料性能的数据,为此对8种国产铁磁和软磁材料在低温下的初始磁导率进行了测量,并给出了相应的测试结果.最后介绍了作者研制的1.3GHz超导腔垂直测量低温恒温器内置式磁屏蔽装置及其性能.     

1+1/2 Cell超导加速腔的本征高阶模场分布研究

为实现高平均流强加速, 需要有效地消除超导加速腔中的高阶模场. 为研制有效的高阶模耦合器, 本文对北京大学DC-SC光阴极超导注入器的核心部件—1+1/2 cell超导加速腔中高阶模场进行了分析研究, 用HFSS程序计算给出前31个高阶模场参数, 与实验测量较为符合. HFSS计算与Superfish计算结果比较符合很好, 验证用HFSS计算可靠, 为以后超导腔的升级研究提供有效的手段.