β=0.45,f=350MHz spoke腔高阶模的研究

质子或者离子在中低能段的加速结构是目前研究的热点, 其中许多实验结果表明spoke腔是连接RFQ加速结构和椭球腔加速结构的最具潜力的桥梁. 但是这种新型结构仍然存在许多问题有待解决, 为此, 北京大学开展了spoke型质子加速腔的研究, 完成了β=0.45, 频率为350MHz spoke腔的设计和铜模型腔的加工. 重点对spoke腔高阶模进行了分析, 模拟计算找出了几种危害模式, 并完成了实验测量, 取得了实验测量与模拟计算相一致的结果.     

f =325 MHz,β=0.52 双柱超导Spoke 腔电磁设计

中国科学院近代物理研究所设计的工作频率为325 MHz、最优β为0.52 的双柱超导Spoke 腔的电磁已经完成。详细地描述了Spoke 基部横截面形状和大小对腔体射频性能的影响,采用了跑道形来取代通常的圆形Spoke 基部截面。从归一化峰值电磁场和分路阻抗两方面出发,比较了横截面为横向跑道和纵向跑道的Spoke 基部。Spoke 基部横截面的形状为横向跑道时能得到较好的射频参数,满足中国ADS(C-ADS) 的工程需求。最后利用CST 粒子工作室对得到的腔体进行了二次电子倍增分析,在工作电压附近不存在二次电子倍增,验证了该腔体形状的可行性。The EM design of a 325 MHz β= 0.52 superconducting double Spoke cavity has been finished at Institute of Modern Physics (IMP), Chinese Academy of Sciences(CAS). In this paper, the optimization of the Spoke base is described in detail. The goal is to minimize the peak surface field and maximize the shunt impedance. The common cylinder is replaced by the racetrack shape for the Spoke base. The transverse racetrack Spoke base can offer a better RF property than the longitudinal racetrack Spoke base, which meet the requirement of the C-ADS. The simulation of multipactor finished by CST Particle Studio is also presented, which gives a promising result that there is no multipactor around working voltage.     

Design of a β=0.45, f=350 MHz Spoke Cavity

Recently intensive studies have been done on superconducting cavities (e.g. spoke cavity, reentrant cavity, and ch cavity), which are used as accelerating structures in the low and medium energy part of high power high intensity proton or ion accelerators. many experiments have shown that spoke cavity is a good candidate for low energy part. it is also promising to be used for the medium β area. so a β=0.45 spoke cavity is being studied at Peking university. in this paper, the structural and electromagnetic design of a β=0.45, f=350mhz spoke cavity is reported in detail. the calculated rf parameters (e.g. Q, r/Q, peak surface fields and dissipated power) indict a potential of good acceleration.     

325 MHz中β超导Spoke腔的腔型对比和选择

中国科学院高能物理研究所一直在研究频率为325 MHz、中低β Spoke超导加速腔,以应用在加速器驱动的次临界系统(ADS)的强流质子直线加速器中。通过对超导腔设计方法和设计原则的研究,使用CST仿真软件设计了单Spoke腔、双Spoke腔、三bar Spoke腔三种Spoke腔型。其中三bar Spoke腔和双Spoke腔一样,都有着三个加速间隙,但是Spoke柱的结构不同。在腔型设计中,对三种Spoke腔的模型均作了参数化处理。然后通过CST的参数化扫描来优化腔体形状以使得峰值电场与加速梯度的比值最小,同时使峰值磁场与加速梯度的比值处于较低范围。本文对三种腔型进行了高频结构优化和参数分析,选用了双Spoke腔型作为设计方案,并对电磁场等进行了优化设计。     

325 MHz spoke腔的二次电子倍增效应

采用CST软件的粒子工作室模块, 对spoke超导腔中可能发生的二次电子倍增效应进行了分析研究,并采用二次电子倍增效应发生后形成稳定状态时的粒子数增长率来表征其强度。模拟计算表明：该腔存在两处二次电子倍增效应,spoke柱两端的两点一阶倍增; spoke腔两端侧壁与中心圆筒交界处的单点一阶倍增;二次电子倍增在加速腔压为0.65 MV时的增长率最高,而腔压大于1 MV时,增长率均为负,即无倍增发生。     

中国散裂中子源二期双spoke超导腔设计

中国散裂中子源是中国第一台、世界第四台脉冲型散裂中子源,其已于2020年2月达到100 kW功率的设计指标,运行稳定高效,供束效率位于国际前列。中国散裂中子源二期升级方案中总束流功率将升级到500 kW,其中直线加速器段将采用超导加速腔结构,束流能量由80 MeV提高到300 MeV。其中在80～165 MeV能量段采用324 MHz双spoke超导腔,在165～300 MeV能量段采用648 MHz 6-cell椭球超导腔。采用CST、COMSOL等仿真软件完成324 MHz双spoke超导腔的电磁、机械设计及优化,达到实际运行指标要求。为了提高腔运行的稳定性,在腔的设计中对E_P/E_acc着重进行了优化,使其尽量降低。     

三维射频加速腔程序包MAFIA的开发和应用

介绍了三维射频加速器计算机辅助设计(CAD)程序包MAFIA的特点、功能及其应用。用CAD的方法实现了射频加速器特别是非轴对称带耦合腔的加速器的三维腔形设计。同时介绍了节省内存、节约机时的模型方法,使得在中小型机器上运行大程序(八万条)成为可能。文章主要对L波段的加速腔进行了数值模拟,并和实验进行了比较,结果符合较好;通过三维数值模拟及图形模拟的方法比较了各种形状谐振腔的性能;计算分析了输入耦合腔及高阶模耦合器对加速腔电磁场分布等参量的影响;提出了加耦合器后谐振频率改变的补偿方法。     

350MHz强流质子RFQ加速器工艺腔的研制与测量

为研究强流质子RFQ加速腔的设计与加工工艺,研制了一台全尺寸无氧铜工艺腔.本文介绍了其物理设计与机械设计、机械加工与钎焊工艺研究及其高频性能的测量和调节.经调节,RFQ工艺腔可以达到较为理想的电场分布,其4个象限电场分布的一致性和平整度均能满足要求,二极场分量也足够小     

142.8MHz次谐波聚束腔的结构优化设计

使用二维有限差分法分析软件Superfish和三维有限积分法分析软件MAFIA,对142.8MHz次谐波聚束腔的结构进行了模拟和优化研究,给出了聚束腔结构优化设计的步骤和方法,确定了优化后聚束腔的基本结构。分析比较了Superfish和MAFIA两个软件的模拟优化结果,得出了基本一致的结论。还探讨了Superfish和MAFIA在聚束腔设计中的应用方法。     

142.8MHz次谐波聚束腔的结构优化设计

 使用二维有限差分法分析软件Superfish和三维有限积分法分析软件MAFIA，对142.8MHz次谐波聚束腔的结构进行了模拟和优化研究，给出了聚束腔结构优化设计的步骤和方法，确定了优化后聚束腔的基本结构。分析比较了Superfish和MAFIA两个软件的模拟优化结果，得出了基本一致的结论。还探讨了Superfish和MAFIA在聚束腔设计中的应用方法。     

C-ADS超导轮辐腔Spoke021的电磁设计与优化

为满足C-ADS项目建设对超导轮辐腔Spoke021的需求,对Spoke021进行了详细的电磁参数优化。对Spoke021的参数化模型进行参数扫描,针对腔体的关键电磁特征量寻找可能存在的极值,详细分析、解释了优化过程中各个参数发生变化的物理意义。在Spoke021各参数达到最终优化值时,表征腔体性能的两个关键比值分别为:E_p/E_(acc)=3.14,Bp/E_(aCC)=4.77 mT/(MV/m)。考虑到次级电子倍增(Multipacting,MP)对Spoke021运行中所能达到的性能指标有很重要影响,对腔体的MP进行了建模分析。结果表明,当Spoke021工作在E_(acc)=10 MV/m情况下,没有发生MP,优化得到的参数可以满足Spoke021工程设计的需要;最后计算了腔体的TTF曲线,表明该腔体具有较宽的速度接受度。     

改进铜铌溅射型QWR超导腔性能的探讨

通过直流偏压二级溅射方法，在无氧铜腔体表面溅射一层铌膜，研制了铜铌溅射型射频超导1/4波长谐振腔(quarter wave resonator,QWR)，该腔主要用于重离子的加速，是北京放射性核束装置中后加速部分的预研项目.目前国际上很多实验室都在研究进一步提高铜铌溅射型QWR超导腔的性能，通过多种方法的实验研究，发现在无氧铜衬底与铌膜之间加入一层氮 化铌（NbN）薄膜，可以使得表面铌膜的超导温度转变点由原来的8.8K提高到了接近9.6K ，该方法有可能成为提高QWR腔加速性能的重要途径，目前进一步研究正 关键词： 溅射 QWR超导腔 氮化铌NbN 超导温度     

汇聚型超高速发射装置的发射腔计算设计北大核心CSCD

使用多介质流体高精度计算程序(MFPPM,Multi-Fluid Piecewise Parabolic Method)对汇聚型超高速发射装置的发射腔进行了计算设计。根据发射腔角度的不同,提出了3种改进的发射腔结构,计算研究了发射腔角度和TPX厚度对二级飞片速度、速度差异和击靶位置平面性的影响。计算结果表明:在3种TPX厚度以及击靶位置下,使用第2种发射腔结构发射出的二级飞片的平面性最好、速度最高、汇聚效果最强,但平面性范围最小,且二级飞片自由面速度差异变大,其平面性难以得到维持。     

上海光源150 MeV直线加速器次谐波腔耦合器的设计与调试

通过将次谐波腔体等效为RLC 并联回路,求得了射频功率馈入腔体的耦合度公式,分析了上海光源直线加速器次谐波腔输入耦合器的设计要点,通过3维电磁计算软件CST的数值模拟方法对耦合器结构尺寸、耦合环的深度与方位、耦合度进行了模拟计算。介绍了对次谐波腔耦合器进行小信号测试的过程、腔体安装及在线调试的方法。     

上海光源150 MeV直线加速器次谐波腔耦合器的设计与调试

通过将次谐波腔体等效为RLC并联回路,求得了射频功率馈入腔体的耦合度公式,分析了上海光源直线加速器次谐波腔输入耦合器的设计要点,通过3维电磁计算软件CST的数值模拟方法对耦合器结构尺寸、耦合环的深度与方位、耦合度进行了模拟计算。介绍了对次谐波腔耦合器进行小信号测试的过程、腔体安装及在线调试的方法。     

低阻YBCO超导接头的设计和工艺优化

商用YBCO超导带材的长度最多可达千米量级。在实际应用中通常借助接头来连接多根带材。为了降低接头的产热,必须使得接头电阻要尽可能地小。选用两种焊料,以不同工艺制备了若干YBCO超导接头。测试其电性能,并研究了表面预处理方式、焊接长度、加热温度、施加压力等不同工艺参数对其性能的影响。最后指出优化YBCO超导接头的工艺参数。