BEPCⅡ大功率波导真空阀门的研制

大功率波导真空阀门是BEPCⅡ直线加速器微波系统的重点改进项目,作为微波大功率传输和真空密封双重功能的超高真空微波器件,机械结构比较复杂,制造工艺难度大。经过各方努力,已经研究完成16台大功率波导真空阀门,并在2004年全部安装在加速器上使用。目前进入到波导真空阀门的脉冲功率为30~50 MW,高功率运行工作状态良好。对阀门从设计原理、机械结构、微波测试及高功率运行等方面作了较详细的阐述。     

BEPCⅡ大功率波导真空阀门的研制

 大功率波导真空阀门是BEPCⅡ直线加速器微波系统的重点改进项目,作为微波大功率传输和真空密封双重功能的超高真空微波器件,机械结构比较复杂,制造工艺难度大。经过各方努力,已经研究完成16台大功率波导真空阀门,并在2004年全部安装在加速器上使用。目前进入到波导真空阀门的脉冲功率为30~50 MW,高功率运行工作状态良好。对阀门从设计原理、机械结构、微波测试及高功率运行等方面作了较详细的阐述。     

BEPCⅡ直线加速器速调管的反射保护

为了使速调管陶瓷窗免受大功率微波反射信号的损伤,延长速调管使用寿命,要求当前反射信号功率超过阈值后,系统能够在下一个脉冲到达之前发出报警信号,进而切断触发信号,实现对速调管的保护。提出了3种较高性价比、易实施的方案,即PicoScope虚拟示波器的遮罩报警方案、基于自带检波和报警输出功能的芯片制作反射保护插件以及原功率计的升级改进。创新性地提出“3+1”反射保护响应时间测试法,并对上述3种方案进行详细测试。最终后两种方案取得较好的结果,综合考虑后,将改进型功率计作为最终实施方案。目前该改进型功率计已稳定可靠地上线运行超过1年。     

BEPCⅡ直线加速器相控系统的建立

为了获得高品质束流, BEPCⅡ直线加速器采用相位系统来优化和控制16个速调管的RF相位. 相控系统分布: 低相位噪声射频信号源作为直线系统的主振荡器; 加以恒温水系统控制的稳定相位参考线用以提供相控PAD装置Local输入; 基于EPICS操作界面的控制软件用以连接16个控制环路的精确测量并对加在每个速调管前级输入的IΦA移相器加以调控; 基于能量最大法相位分析测试方法的引入对系统的测试进行了优化从而提高了系统的测试精度. 整个系统的建立最终控制了直线因温度缓慢变化引起束流相对加速微波相位偏移而造成的能散度变化.     

医用驻波电子直线加速器的微波系统

讨论医用驻波电子直线加速器的微波系统的信号传输、反射以及相位特性等, 同时给出了加速器输出剂量率与微波相位关系的实验曲线.     

能量倍增器法微波脉冲压缩

为了开展S波段能量倍增器脉冲压缩实验,对能量倍增器进行了冷测和热测工作,主要包括对能量倍增器的指标、参数的测量以及在高功率下对能量倍增器的输出功率、功率增益等参数的测量。实验中,完成了微波固态源系统的改造,研制了同步信号控制器,研究了输入输出脉冲宽度对输出峰值功率的影响,并对实验中可能的射频击穿问题进行了研究。在输入功率5 MW时,得到了功率增益7.122,输出脉宽260 ns,输出峰值功率35.35 MW。     

BEPCⅡ直线加速器的束流调试和稳定运行

BEPCⅡ重大改造工程要求将对撞机的峰值亮度提高近百倍,并具有高积分亮度,为此必须对作为注入器的直线加速器进行重大改造,提供高能、强流、小发射度和小能散度的正负电子束,达到高注入速率(正电子50mA/min.)的要求.这对直线加速器各系统和束流调试是一个挑战.在成功建造了新电子源、新正电子源、新微波功率源、相位控制系统和束流轨道测量系统等的基础上,着重叙述了束流参数的调试结果,束流能量、能散度、发射度、传输效率均达到(或优于)设计指标.描述了束流参数稳定性的研究、改进和成功地达到稳定运行.最后简述了新建中的次谐波聚束系统,以进一步提高束流性能和注入速率.     

BEPCⅡ直线加速器相控系统PAD的研制

相位和幅度测量是BEPCⅡ直线加速器相控系统中最重要的部分之一. 基于模拟和 数字I/Q解调器, 构建了两种PAD, 并分别在实验室和速调管长廊进行了测试. 基于LMS方法的校准算法用于补偿模拟I/Q解调器的各种不匹配误差. 实验 证明, 两种PAD都能正常稳定地运行, 可以满足相控系统对相位和幅度测量的要求.     

BEPCⅡ直线加速器的束流调试和稳定运行

BEPCⅡ重大改造工程要求将对撞机的峰值亮度提高近百倍, 并具有高积分亮度, 为此必须对作为注入器的直线加速器进行重大改造, 提供高能、强流、小发射度和小能散度的正负电子束, 达到高注入速率(正电子50mA/min.)的要求. 这对直线加速器各系统和束流调试是一个挑战. 在成功建造了新电子源、新正电子源、新微波功率源、相位控制系统和束流轨道测量系统等的基础上, 着重叙述了束流参数的调试结果, 束流能量、能散度、发射度、传输效率均达到(或优于)设计指标. 描述了束流参数稳定性的研究、改进和成功地达到稳定运行. 最后简述了新建中的次谐波聚束系统, 以进一步提高束流性能和注入速率.     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0～360相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4 GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2 dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5 dB,相频曲线呈线性关系。     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0~360°相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5dB,相频曲线呈线性关系。     

BEPCⅡ直线加速器中的束流轨道和能量稳定性的研究

在BEPCⅡ直线加速器的调试和初期运行中, 观察到束流轨道和能量的不稳定性. 本文通过实验测量和分析研究, 说明了这些不稳定性的原因, 并叙述了解决这些不稳定性的方法和改进结果.     

单次短脉冲微波频率分析系统环流波导色散线

提出环流波导色散线微波频率分析方法,介绍了环流波导色散线系统设计思想、电路工作原理、主要性能及应用结果。实验应用表明,该系统测频分辨力比相同长度普通色散线提高6倍以上,克服了微波脉宽引起的测频误差,测量误差小于2％,同时能 够测量不同频率成份在微波脉冲中的时间分布,为单次短脉冲微波频率分析提供了一种有效的手段。     

单次短脉冲微波频率分析系统环流波导色散线

 提出环流波导色散线微波频率分析方法,介绍了环流波导色散线系统设计思想、电路工作原理、主要性能及应用结果。实验应用表明,该系统测频分辨力比相同长度普通色散线提高6倍以上,克服了微波脉宽引起的测频误差,测量误差小于2％,同时能 够测量不同频率成份在微波脉冲中的时间分布,为单次短脉冲微波频率分析提供了一种有效的手段。     

BEPCⅡ直线加速器通过中国科学院基础局组织的工艺测试

BEPCⅡ直线加速器的改造工作已基本完成,设计指标已全部达到设计要求,并实现了长时间稳定运行,目前保证了对储存环调试的供束。     

轴向加速管—一种新的高功率微波源

 提出一种新的高功率微波源器件——轴向加速管,与径向加速管比较,有两点不同：在二极管/共振腔后加了一个加速区及将径向加速改为轴向加速。研究了这种器件中电子束的群聚和辐射。发现在二极管与共振腔结合的系统里,电子束可实现理想群聚,各次谐波电流在非相对论条件下可达到初始电流的5.6倍。通过电子束再加速和仔细设计提取腔,可望得到可调频率和高功率的微波脉冲。     

轴向加速管—一种新的高功率微波源

提出一种新的高功率微波源器件——轴向加速管,与径向加速管比较,有两点不同：在二极管/共振腔后加了一个加速区及将径向加速改为轴向加速。研究了这种器件中电子束的群聚和辐射。发现在二极管与共振腔结合的系统里,电子束可实现理想群聚,各次谐波电流在非相对论条件下可达到初始电流的5.6倍。通过电子束再加速和仔细设计提取腔,可望得到可调频率和高功率的微波脉冲。     

医用电子直线加速器驻波加速原理

 带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场,将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置。电子直线加速器是利用微波电场加速电子,使其具有直线运动轨道的加速装置。尽管20世纪60年代后期驻波电子直线加速器发展迅速,但其原理并不新颖。早在20世纪40年代中期,不少研究小组在研究行波电子直线加速器的同时,就已利用驻波电场加速电子。电子直线加速器有两种可供选择的工作方式,即行波工作方式和驻波工作方式。     

高功率微波辐射场功率密度测量系统

 根据功率密度大、脉冲短、形状不规则的特点，研制出一种能适应各种条件下使用的高功率微波功率密度测量装置。从已有的测量手段出发，比较其不同原理和适用性，选定了峰值检波法。根据实际工作需要，着重从结构及测量的可靠性、降低系统误差等方面，进行优化设计。该装置采用矩形波导和可靠性高的耦合衰减，利用示波器进行测量。最后详细地给出了测量系统的标定方法。     

高功率微波辐射场功率密度测量系统

根据功率密度大、脉冲短、形状不规则的特点,研制出一种能适应各种条件下使用的高功率微波功率密度测量装置。从已有的测量手段出发,比较其不同原理和适用性,选定了峰值检波法。根据实际工作需要,着重从结构及测量的可靠性、降低系统误差等方面,进行优化设计。该装置采用矩形波导和可靠性高的耦合衰减,利用示波器进行测量。最后详细地给出了测量系统的标定方法。