1.5GHz铌材超导腔的研制

介绍铌材超导腔的研制进展,重点讨论了国产铌腔的材料改性,以及相应的超导腔性能的改进。叙述了1.5GHz铌腔的腔形设计,分析了铌材的射频性能和机械性能,制定一铌腔制作与后处理的特定工艺。最后给出了1.5GHz铌材超导腔的低温实验结果。     

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。     

铜铌溅射型低β超导腔的研制及初步实验

超导谐振腔是超导加速器的关键部件.用于重离子超导加速器的低β加速腔的最佳选择是四分之一波长谐振腔(QWR).目前,利用无氧铜为基底,溅射一层几微米厚的铌膜,可以获得极好的超导性能和加速离子性能.但是,四分之一波长谐振腔的内表面复杂,溅射均匀的铌膜比较困难.针对此难题,发展了一种多参数可调节的溅射方法,在640×φ220的大型腔体内,成功地生成了一层均匀的、超导性能优异的铌膜.超导腔的低温实验表明铌膜的性能良好.     

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.     

1.3GHz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.     

光阴极注入器超导加速腔集成实验研究

光阴极超导加速器实验系统由四倍频Nd：YAG锁模激光器、Cs2Te光阴极、2+1/2微波电子枪、L波段3.5MW脉冲微波源,1.3GHz单腔超导铌腔,500W连续微波源,超导腔束管耦合器,4.2K低温恒温容器,液氦制冷系统,同步控制系统,束流参数诊断,真空系统等构成。2001年6月在中物院进行了光阴极超导加速器原理性实验,测得超导加速段能量增益0.58MeV,微脉冲束流强度0.1A,取得了预期的实验结果。     

光阴极注入器超导加速腔集成实验研究

 光阴极超导加速器实验系统由四倍频Nd：YAG锁模激光器、Cs₂Te光阴极、2+1/2微波电子枪、L波段3.5MW脉冲微波源,1.3GHz单腔超导铌腔,500W连续微波源,超导腔束管耦合器,4.2K低温恒温容器,液氦制冷系统,同步控制系统,束流参数诊断,真空系统等构成。2001年6月在中物院进行了光阴极超导加速器原理性实验,测得超导加速段能量增益0.58MeV,微脉冲束流强度0.1A,取得了预期的实验结果。     

1．5GHz锯材超导腔的研制

介绍铌材超导腔的研制进展，重点讨论了国产铌腔的材料改性，以及相应的超导腔性能的改进．叙述了１．５ＧＨｚ铌腔的腔形设计，分析了铌材的射频性能和机械性能，制定了铌腔制作与后处理的特定工艺．最后给出了１．５ＧＨｚ铌材超导腔的低温实验结果．     

PKU-SCAF 1.3GHz超导腔2K垂直测试恒温器设计

1.3GHz超导腔是北京大学超导加速器装置(PKU-SCAF)中的关键设备,在正式安装之前,需对其进行超流氦条件下的性能测试。在2K垂直测试恒温器功能及流程分析的基础上,对恒温器关键部件进行了强度计算,形变分析、温度场仿真分析,给出了关键设备-低温负压换热器的设计参数,对垂直测试恒温器2K温区进行了热负荷分析与计算,确定了恒温器的结构形式,为恒温器的低温测试和稳定运行提供了理论依据。     

1．5GHz锯材超导腔的研制

介绍铌材超导腔的研制进展，重点讨论了国产铌腔的材料改性，以及相应的超导腔性能的改进．叙述了１．５ＧＨｚ铌腔的腔形设计，分析了铌材的射频性能和机械性能，制定了铌腔制作与后处理的特定工艺．最后给出了１．５ＧＨｚ铌材超导腔的低温实验结果．     

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。     

重离子加速器冷却储存环高频腔体设计

 通过二维高频电磁场的计算，设计了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL–CSR）的铁氧体加载腔，给出了高频系统主要参数及加速电场的分布。     

Bi系高温超导磁共振成像射频接收线圈的成像研究

射频接收线圈是磁共振成像系统输入通道的第一级,提高接收线圈的信噪比可以提高系统的图像质量.对于低场磁共振成像系统,如果能够降低常规铜接收线圈的等效串联电阻,就能够提高其信噪比.由于高温超导材料的直流电阻为零,交流传输损耗也远小于铜,采用高温超导材料制作磁共振接收线圈能够提高信噪比.本文采用Bi2223带材,设计、制作了超导接收线圈,并在0.23 T的磁共振成像系统中进行了成像实验.结果表明,超导接收线圈的图像信噪比比常规铜线圈提高约76%.     

RF超导腔低温测量原理

本文依据能量守恒,就RF超导腔低温测量方法和原理进行了推敲.指出:由于在超导腔中存在场致电子发射(FE)效应,高功率腔和低功率腔在测量方法上是有区别的.并系统地推导了获得超导腔物理参数,比如空载Q₀、最大表面电场和最大加速梯度等的准确公式.     

加压对110 K Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O单相样品超导电性的影响

 在静压0~1 GPa（10 kbar）范围内，80~300 K温区，用测量电阻的方法，研究了Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O（起始转变温度T_c^on=110 K，终止转变温度T_c^fi=106 K）的起导电性。观察到超导临界温度T_c随压力以dT_c/dp=2K/GPa的速率增高，而在不同压力下的斜率d logR/dp却保持不变。     

高亮度1（1／2）超导腔光阴极注入器的腔形设计

对高亮度1 1/2超导腔光阴极注入器进行了腔形的概念研究设计。通过计算比较发现,重入腔的轴电场分布特性,使它很适合做超导光阴极注入器的首腔。我们还通过模拟计算,研究了电子束动力学各种参数的相互依赖关系,最后我们给出1 1/2腔的一组腔及束动力学参数。     

小型射频驻波加速管首腔腔型及注入条件对束流横向运动影响的研究

本文着重研究小型射频驻波加速管的首腔的腔型(对称腔与非对称腔)、场型、注入条件(横向发射度,注入角等)对束流横向运动的影响。讨论了减小横向发射度增长及减小束包络半径的途径。     

系列柱形薄壁腔靶制备工艺研究

为了从实验上深入研究超热电子产生规律，从而减少或抑制超热电子对惯性约束聚变（ＩＣＦ）的危害，我们制备了一系列薄壁腔靶，以供实验研究。本文详细地描述了柱形薄壁腔靶的制备工艺。利用ＮＧ－１０４型精密单向纵切车床，采用金刚石刀具车削，提高心轴质量，表表粗糙度可达０．１μｍ。采用电镀和磁控溅射二种方法镀膜，为了使腔靶壁厚均匀，在镀膜时，必须使心轴匀速旋转。利用磁控溅射在腔靶外表面再涂上１μｍ左右厚的二氧化硅，以提高超薄壁腔靶的强度和自立能力。在腐蚀心轴时，必须仔细控制酸的浓度，防止在腐蚀时因产生气泡太多，太快而使腔靶破裂。用Ｘ射线照相法和扫描电子显微镜测量腔靶的几何参数。制备系列柱形薄壁腔靶达到指标为：壁厚范围２～３０μｍ，壁厚均匀性小于１０％，表面粗糙度０．２～０．３μｍ。最后介绍了在“神光Ⅰ”上打靶结果。结果表明，实验值与理论值符合较好。     

自由电子激光对束流品质的要求与改善措施

本文叙述了自由电子激光对电子束发射度、能散度和稳定性的要求，并介绍了采用谐波混频腔、光阴极微波电子枪和超导技术等改善措施中的关键技术问题。