超导质子直线加速器的分段研究

对超导直线加速器的分段进行了详细的研究.包括超导加速器的分段原则的讨论,对称性分段和非对称性分段的讨论.超导加速腔的加速单元数及设计值β_G的确定,加速器的能量增益的确定.     

BEPCⅡ超导腔失效分析

以北京正负电子对撞机(BEPCII)超导腔为例,通过监测运行中超导腔的主要参数,如腔压、输入功率、调谐角等,并与理论计算相比较的方法,对超导腔失效常见的几种原因,包括：高频系统硬件故障、束流丢失以及调谐器机械运动不畅等,进行了分析,重点解决了调谐器机械运动不畅导致超导腔失效这一比较复杂的问题。这些分析为减少BEPCII高频故障,增加BEPCII运行可靠性提供了重要参考。     

直线加速器超导段故障补偿的人工智能算法研究

强流直线加速器的长时间稳定运行是该领域的难点和前沿课题之一。以加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)的加速器为例,利用TraceWin软件模拟的虚拟加速器数据,提出了基于人工智能算法的超导腔失效的分段故障补偿方法。当有腔体故障时,故障腔的相邻器件将用于重新匹配束流包络,而所有下游腔均可用于补偿束流能量。与传统的优化方法相比,该方法可实现低能耗的超导腔段的故障补偿,具有计算速度快、普适性强等优点,为实际应用器件故障补偿提供了新的可行性。     

基于软核的超导腔失效在线补偿系统的研究

利用遗传算法较强的鲁棒性以及FPGA在并行计算方面的巨大优势,以中国加速器驱动次临界系统（C-ADS）注入器II的第四个超导加速组元（CM4）为例,开发了超导腔失效在线补偿FPGA程序,并使用束流动力学软件TRACEWIN对FPGA计算结果的可靠性进行验证。然后将其封装为IP核,以更通用的形式在嵌入式Linux系统中使用;同时,针对未来超导腔失效补偿系统的独立性、低延时的要求,应用MicroBlaze软核处理器编译了Linux系统和EPICS组件,在搭建的仿真通讯环境中验证了超导腔失效补偿系统的通信功能。     

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。     

9-cell TESLA超导加速腔研制中Dumb-Bells的测量与调整

为了保证9-cell超导加速腔在场的平滑度、TM010模的频率以及加速器的总长度达到TESLA国际标准, 必须确保每个Dumb-Bell在以上各方面达到标准要求. 由于冲压、机加工以及电子束焊接等过程会引起形变, 因此, 必须在完成iris和加强筋的电子束焊接之后对Dumb-Bells进行微波和机械测量, 并根据测量的结果对其腔形和长度等作必要的调整. 北京大学已经建立了一套完整的测量和调整Dumb-Bells的装置, 本文深入研究了Dumb-Bells的测量与调整的方法.     

直线对撞机用的RF超导多胞加速腔和陷阱模研究

为下世纪直线对撞机设计了一个9胞RF超导加速腔,其加速模的E_pk/E_acc=2.024.胞-胞间耦合系数高达1.95%.高次模通带分布均匀合理,带间无重叠,不存在陷阱模.CSE新形胞结构也保证了加速腔的机械强度.根据目前可实现的铌腔表面处理技术,束载加速梯度达到25—30MeV/m是可能的.     

BEPCⅡ超导腔垂直测试杜瓦的漏热分析与实验研究

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCⅡ)采用了超导射频技术,超导腔设备在与低温恒温器总装之前,必须进行液氦温度下垂直位置的性能测试.测试杜瓦的绝热性能对超导腔的垂直测试性能产生直接影响,准确测算测试杜瓦的漏热量对垂直测试方案的制定、减少液氦消耗量具有重要的指导意义.对测试杜瓦的主要漏热部分进行了计算,同时以液氮...     

9-cell TESLA超导加速腔研制中Dumb-Bells的测量与调整

为了保证9-cell超导加速腔在场的平滑度、TM010的频率以及加速器的总长度达到TESLA国际标准,必须确保每个Dumb-Bell在以上各方面达到标准要求.由于冲压、机加工以及电子束焊接等过程会引起形变,因此,必须在完成iris和加强筋的电子束焊接之后对Dumb-Bells进行微波和机械测量,并根据测量的结果对其腔形和长度等作必要的调整.北京大学已经建立了一套完整的测量和调整Dumb-Bells的装置,本文深入研究了Dumb-Bells的测量与调整的方法.     

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。     

CiADS束流负载效应前馈补偿的仿真评估

在高功率超导质子直线加速器中,束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型,开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序,分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响,并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序,评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度,以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下,为满足超导腔中电磁场0.1%与在高功率超导质子直线加速器中,束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型,开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序,分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响,并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序,评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度,以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下,为满足超导腔中电磁场0.1%与$0.1^{\circ}$的幅相稳定度指标,前馈时序抖动的偏差不能超过0.79 μs,束流流强的直流偏差不能超过0.9%,并且给出了束流纹波的最大抖动幅值与纹波频率之间的关系。这些结果将为CiADS超导直线加速器相关子系统技术指标的确定提供依据。     

CSNS-II超导椭球腔失谐研究

中国散裂中子源二期束流功率升级到500 kW,直线加速器H-的能量增益由现在的80 MeV提高到300 MeV以上,其中150 ~ 300 MeV能量段采用648 MHz β_g=0.60的5-cell超导椭球腔结构。超导椭球腔具有加速梯度高、结构简单、后处理容易等优点,缺点是结构强度弱、易失谐。本文主要研究该椭球腔的失谐特性。利用COMSOL Multiphysics软件进行了计算分析,在两端固定边界条件下,裸腔的氦压敏感性系数K_P=–45.705 Hz/mbar(1 mbar=100 Pa),洛伦兹力失谐因子K_L=1.574 Hz/(MV/m)2。增加加强环并优化其位置来改善氦压敏感性系数和洛伦兹力失谐因子,通过计算分析最终确定选择双加强环方案来减小椭球腔的失谐。两个加强环位置分别取在75和120 mm的位置,腔体失谐的改善最大,K_P=6 Hz/mbar,K_L=0.43 Hz/(MV/m)2。为了更准确地计算椭球腔的氦压敏感性系数和洛伦兹力失谐因子,本文引入调谐刚度边界条件进行失谐分析,在椭球腔调谐器端设置30 kN/mm边界条件,另一端固定,计算得到氦压敏感性系数为4.8 Hz/mbar,洛伦兹力失谐因子1.99 Hz/(MV/m)2,满足工程要求。另外,用CST软件对椭球腔的动态洛伦兹力失谐进行了初步分析,用软件Workbench计算了椭球腔的振动本征频率,结果显示,振动本征频率离射频脉冲重复频率及环境振动频率较远,不易发生共振失谐。     

超导直线加速器腔体β_g选取问题的研究

超导直线加速器腔体几何β选取是否合适,直接影响到所需要的腔体类型(腔型)和腔体的总量,进而影响加速器的造价。采用线性近似的物理模型,并结合粒子群优化算法,开发出一套用来选择腔体几何β的程序。将之运用到中国加速器驱动次临界系统(C-ADS)质子直线加速器的设计中,得出一组最合适的βg和对应的物理设计方案。与现有的设计方案相比,新的设计方案的腔型个数少一个,而腔体总数基本不变,具有一定优势,同时也验证了本模型及优化算法的正确性。     

腔耦合漂移管结构等长化腔列设计

质子直线加速器中使用的脏耦合漂移管加速结构,如采用等长化腔列,可以简化加速腔的制造和调试,降低成本.文中引入粒子动力学系数的新定义,探讨了等长化腔耦合漂移管结构设计方法,并给出部分计算结果.     

HWR010超导腔提取耦合器的优化设计

我国自主研发的超导加速器CAFe是ADS加速器的前端示范装置,其对加速器的运行稳定性有非常高的要求.在CAFe的运行中存在场致发射效应干扰超导腔提取信号的问题,是造成超导腔运行故障最频繁的问题之一,这严重降低了加速器的稳定性.这一问题是由于超导腔内的场致发射电子在相关微波传输器件上引起了放电现象,干扰了信号的传输并造成...     

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.     

基于补偿法的超导单元交流损耗测量系统设计

交流损耗是影响超导电力装置运行稳定性和成本的关键因素之一.本文提出了一种基于电压补偿法的大载流超导单元交流损耗测量方法,通过串联在回路中的大电流补偿线圈,抵消超导单元的感性电压来实现.在系统设计上,通过数据采集卡和运动控制器,获取超导单元、补偿线圈的电压信号,同时控制步进电机拖动补偿线圈.通过相位的对比计算,实现精确定位补偿,从而测量超导单元的交流损耗.最后,在不同频率下,测量了0.2 m长、110 kV/1.5 kA的高温超导电缆样缆的交流损耗,得出的交流损耗曲线与计算结果基本吻合.实验结果表明,采用补偿线圈的交流损耗测量系统具有自动检测、定位和测量功能,可以实现具有大电流容量超导单元交流损耗的准确测量.     

Entanglement and Mixedness of a Superconducting Qubit Coupled to an Open Superconducting Cavity

We investigate entanglement and mixedness of a superconducting qubit coupled to the damped cavity field. We introduce a new measure for the mixedness and find that the phase damping of the cavity leads to simultaneous long-death of the entropy squeezing, the purity of the qubit states, and the entanglement of the field–qubit system.