1.3 GHz 9单元Ichiro型模型铜腔的预调谐

以常用的多单元超导腔预调谐方法为基础,搭建了一套完整的预调谐系统,并实现了超导腔预调谐测量的自动化。实验首先通过网络分析仪对超导腔进行测量,利用Labview进行数据采集,并协同控制步进电机。通过“拉小珠”的微扰法,测量沿小珠运动路径的场分布。编写了一套Java程序,通过矩阵运算,计算出9单元腔各个腔单元频率的校正量。根据计算结果对9单元腔的某个单元进行挤压或拉抻,经多次上述操作后,在较高精度范围内,可将9单元铜腔的每个腔单元调谐至预期的目标频率。     

1.3 GHz 9单元Ichiro型模型铜腔的预调谐

 以常用的多单元超导腔预调谐方法为基础,搭建了一套完整的预调谐系统,并实现了超导腔预调谐测量的自动化。实验首先通过网络分析仪对超导腔进行测量,利用Labview进行数据采集,并协同控制步进电机。通过“拉小珠”的微扰法,测量沿小珠运动路径的场分布。编写了一套Java程序,通过矩阵运算,计算出9单元腔各个腔单元频率的校正量。根据计算结果对9单元腔的某个单元进行挤压或拉抻,经多次上述操作后,在较高精度范围内,可将9单元铜腔的每个腔单元调谐至预期的目标频率。     

C-ADS强流质子直线加速器调谐系统测试分析

调谐系统是C-ADS超导直线加速器不可或缺的一部分, 在加速器运行过程决定了超导腔的运行频率, 直接影响了粒子加速的效果。为了充分了解调谐系统的工作情况和分析调谐系统出现的问题, 设计了实验对调谐系统进行全方位测试。首先对调谐器的杠杆机构和剪叉机构进行了力学分析, 而后对半波长谐振(HWR) 超导腔在不同状态下进行了电场模拟, 得出设计的调谐力和调谐位移满足HWR腔频率调谐要求。最后通过详细实验, 采用自动、手动等方式测试了恒温器CM1, CM2, CM3中超导腔调谐器工作时的线性度、回程差、直线单元部分的线性度及回程。结果显示: CM1的调谐器基本满足慢调谐需要, CM2存在1200步回程, 主要原因在于直线单元部分; CM3中调谐器的回程差较大, 线性度不高, 需要进一步改进。     

9-cell超导腔快速预调谐方法研究

对频率和场平坦度的预调谐是9-cell超导腔耗时最多的后处理工序之一,很快将成为国内相关大科学工程9-cell腔批量生产的瓶颈。首先介绍了9-cell超导腔两种常用的预调谐方法,即DESY方法和Cornell方法的原理,建模分析和比较了两种方法的计算精度和误差来源,给出Cornell方法调谐量计算的修正。然后结合9-cell超导腔预调谐实验研究,给出了快速预调谐方法:DESY的重建算法在低场平时精度较高且收敛迅速,可作为粗调;Cornell微扰算法在高场平时精度较高且测量迅速,可作为微调。结合两种调谐方式,将预调谐分为粗调和微调两步,可有效提升9-cell超导腔预调谐的速度。     

强电场下气泡形变对液体绝缘的影响

基于液体气泡击穿的椭球模型,推导了气泡形变的流体动力学方程;利用软件Comsol模拟了气泡受力后的形变;根据模拟结果,结合气体击穿的帕邢定律,讨论了气泡形变对液体绝缘的影响。结果表明:气泡在静电引力和表面张力的作用下,沿电场线方向拉伸成椭球,椭球长短轴之比与外加电场强度和气泡初始半径成正比;形变导致电场方向气体通道延长,气泡更容易击穿,外加气压是避免气泡击穿的有效途径之一,外加气压的大小与电场强度和气泡初始半径成正比。     

北京大学光阴极注入器3+1/2超导腔机械性能

介绍了北京大学光阴极注入器的核心部件3+1/2超导腔的机械性能的设计,通过ANSYS和SUPERFISH程序优化加强筋的个数和位置,解决了超导腔在脉冲条件下由于洛仑兹力引起的超导腔失谐以及当超导腔进行低温调谐时场平滑度变化过大的问题,同时针对复杂超导腔结构进行了低温调谐结构的设计。     

微通道板空间光调制器中电光调制的传递特性

本文利用折射率椭球和点电荷模型研究了MSLM中偏z轴斛切LiNbO₃晶体的介电,电光传递过程。导出了在纵向,横向电场同时存在时电光效应的表达式及调制区的电荷——电压传递函数解析式。讨论了横向电场和器件结构参数对输出的影响及优化设计问题。指出偏z轴30°～60°切割晶体都可得到较好结果。     

北京大学光阴极注入器3+1/2超导腔机械性能

 介绍了北京大学光阴极注入器的核心部件3+1/2超导腔的机械性能的设计，通过ANSYS和SUPERFISH程序优化加强筋的个数和位置，解决了超导腔在脉冲条件下由于洛仑兹力引起的超导腔失谐以及当超导腔进行低温调谐时场平滑度变化过大的问题，同时针对复杂超导腔结构进行了低温调谐结构的设计。     

分段共振耦合RFQ的调谐与测量

对一长度为3m的分段共振耦合RFQ冷模进行了多次调谐和测量,得到了RF电场平整度好于4%的场分布;解决了分段共振耦合RFQ调谐时耦合单元处RF电场分布出现的台阶问题;确定了分段共振耦合RFQ的调谐步骤.     

Hybrid聚束器的场分布测量与调配

Hybrid聚束器是一种同时包含驻波和行波电磁场的新型聚束器。为对其电场分布进行测量,针对此种复杂电场分布的特点,基于非谐振微扰原理,研制了一套能够灵活简便操作、具有较高精度的场分布测量平台,并使用该平台对Hybrid聚束器进行了场分布测量和调配。最终,经过多次测量与调配,Hybrid聚束器的实际冷测微波性能与模拟计算结果符合较好,轴向电场幅值平坦度显著提高,各加速单元间的腔间相移明显改善,使其满足设计要求。     

边界形变混响室设计与性能评估

使用微扰理论分析了腔体形变对谐振频率漂移的影响规律,从理论上论证了边界形变混响室的可行性,计算得到了边界形变参数对混响室空间电场均匀性的影响规律;采用了一种由柔性屏蔽布作为腔体材料、步进电机控制腔体表面形变的边界形变混响室设计方法,并对研制的几何尺寸为2.5 m×1.8 m×1.5 m的混响室的内部电场统计特性进行了试验测试。结果表明：混响室内部电场服从Rician分布,且随频率升高与理论模型的一致性变好;当形变幅度达到400 mm时,腔体内部电场扰动比大于20 dB,空间电场标准偏差小于3 dB,满足电磁兼容对混响室平台均匀性的限制要求。     

Dispersion relation for space-charge waves in a warm plasma-filled elliptical waveguide in an infinite axial magnetic field

A perfectly conducting elliptical cylinder filled with a warm plasma and immersed in an infinite axial magnetic field is considered. Using Maxwell’s equations and dielectric tensor, a Mathieu differential equation for axial component of electric field is obtained. Considering the boundary conditions, dispersion relation for waves in a plasma of warm electrons and immobile ions, which fills an elliptical waveguide and it is under the action of infinite axial magnetic field are calculated. Furthermore, dispersion relation and scalar potential in the quasi-static approximation in a cold magnetized plasma elliptical waveguide is calculated. The obtained results are graphically presented.     

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。     

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.     

高陡度薄壁光学零件在位测量与评价方法研究北大核心CSCD

为了满足空气动力学要求,采用共形薄壁结构的整流罩或光学窗口成为未来高速飞行器的发展趋势。但是这类零件在加工过程中,切削力会随着轴向位置发生改变,一次加工难以达到精度要求,需要通过在位测量、补偿加工来控制切削力变化所引起的面形误差。以超精密车床作为运动平台,设计高陡度薄壁光学零件的在位检测系统,研究测点分布的优化算法,实现测量效率和测量精度的统一;建立热变形误差修正模型,提高高陡度薄壁光学零件在位测量的精度。针对某型高陡度薄壁头罩,通过在位测量为补偿加工提供指导,将头罩表面误差由峰谷比(peak-tovalley,PV)3.1μm控制到PV 0.7μm,将同轴度控制到1.02μm,满足光学系统的性能要求。     

Preliminary design and multipacting simulation of a SRF quarter wave electron gun at Peking University

Peking University is designing a new SRF gun that is composed of a quarter wave resonator (QWR) and an elliptical cavity. Compared to the elliptical cavity, the QWR is sufficiently compact at the same frequency and its electric field is quasi-DC. The RF parameters are determined by optimization of QWR cavity structure and the possible multipacting locations are analyzed by 2D MP simulation. The simulation results show that multipacting is not a critical issue for our optimized cavity structure.     

Tuning for the first 9-cell TESLA cavity of PKU

A method based on circuit model is used to tune the first home-made 9-cell TESLA type superconducting niobium cavity at Peking University.After tuning,a flat field profile with a final π-mode frequency within 3 kHz of target frequency is achieved.The field flatness is measured by a bead-pull method,and the relative electric field is calculated from the frequency shift perturbed by the bead stepping along the axis of the cavity.