X波段盘圆加速结构（DAW）优化设计

介绍了X波段DAW加速结构的优化过程,给出了利用SUPERFISH程序进行腔形优化的数学模型以及利用该模型对X波DAW结构的优化设计结果,给出了利用MAFLA400程序对加支撑杆的DAW结构进行优化设计的结果,讨论了支撑杆对DAW结构微波特性的影响,同时,对DAW加速结构有无支撑杆的色散曲线分别进行了计算,对Washer支撑杆对DAW加速结构色散特性的影响进行了讨论。     

X波段盘圈加速结构热阴极微波电子枪的研究

介绍了采用盘圈(DAW)加速结构在11.43GHz下研制的热阴极微波电子枪注入器，分析了注入器中DAW加速结构支撑杆对于微波特性的影响以及加速结构中的模式重叠问题. 针对该结构的强腔间耦合以及次临近耦合不能忽略的特点，对其调谐方法进行了分析研究.给出了该长腔链热阴极微波电子枪注入器的物理设计及粒子动力学计算结果，电子能量为5—6MeV，脉冲流强为40mA，电子束发射度为3.4πmm.mrad. 该微波电子枪的加工焊接已经完成，文中给出了其冷测结果.     

耦合腔行波管慢波结构的数值模拟

利用三维电磁场程序MWS及周期性高频结构的场对称计算模型,对X波段休斯耦合腔慢波结构和Kα波段毫米波梯形耦合腔慢波结构进行了场结构的数值模拟,给出了满足整管设计要求的慢波结构,色散特性和耦合阻抗。     

Chodorow型耦合腔慢波结构色散特性和耦合阻抗理论分析

本文建立了Chodorow型耦合腔慢波结构的解析模型, 利用并矢格林函数结合矩量法求解了场匹配方程, 给出了色散方程和耦合阻抗的计算式, 并数值计算出一个X波段Chodorow型慢波结构的高频特性. 结果表明, 本文方法的色散特性以及耦合阻抗与仿真软件HFSS计算的结果有很好的一致性, 且计算效率更高, 同时精度远高于等效电路法, 对工程设计有好的参考价值. 关键词： Chodorow型耦合腔慢波结构 色散特性 耦合阻抗 场匹配     

X波段磁绝缘线振荡器的数值模拟

 在对磁绝缘线振荡器（MILO）慢波结构色散特性进行理论分析的基础上,结合负载限制型和渐变型MILO的特点,对X波段MILO慢波结构、阴极和中心阳极进行了设计。利用2.5维全电磁PIC程序进行粒子模拟,研究了输出功率与结构参数之间的关系,进一步优化MILO结构。在外加电压为510 kV,束流43 kA情况下,模拟得到平均功率2.83 GW的微波输出,中心频率为8.2 GHz,功率转换效率12.9%。     

X波段介质和金属膜片混合加载行波加速结构的传播特性计算及模型腔的有关研究

计算了X波段(f=9.37GHz)介质和金属膜片混合加载行波加速结构的TM₀₁模和HEM₁₁模的色散曲线, 结果表明HEM₁₁模的截止频率比TM₀₁模的低, 说明与盘荷波导相比, 该种新加速结构单束团的BBU效应得到改善.实验研究优选得到了适用于该种新加速结构的介质(ε_r=5.812). 采用MAFIA程序优化设计了模型腔, 测试频率与设计的数值吻合得很好.     

消色差的近紫外-可见光广角物镜设计

光学材料在紫外波段色散大选择少而使得光学系统在紫外波段色差校正变得困难,设计时在反远距的结构形式中引入一组准无光焦度的镜组以平衡整个系统的色差,并讨论了几种光学材料在紫外波段的特性,给出了一个70°视场角,焦距9.5 mm,波段范围300~500 nm的物镜结构及像差结果.     

X波段PBG加速结构的数值模拟和加工研究

利用3D电磁场模拟计算软件, 对X波段的金属PBG加速结构进行了模拟计算. 设计了11.42GHz的光速段行波加速腔, 并进行了耦合器调配的计算和模拟. 最后, 研究了电铸加工的方法, 并通过模拟计算给出了加工公差.     

通过调节纤芯大小实现接近零色散的色散平坦光子晶体光纤

利用已有文献对光子晶体光纤色散特性的计算结果,分析了色散随光子晶体光纤结构参数变化的趋势,并利用有效折射率方法基于标量近似理论对光子晶体光纤色散特性进行了有目的性的数值模拟,发现通过独立调整纤芯大小,可以在光通信波段实现非常接近零色散的色散平坦光子晶体光纤,其色散系数D的绝对值在1.3 μm～2.0 μm波长范围小于1.5 ps·km-1·nm-1 .     

X波段失谐加速结构的计算

 采用Mafia程序设计X波段失谐加速结构，同时利用Largrange插值的方法计算了加速结构的尺寸，得到了加速结构的特性参数和尾场特性。结果表明，失谐加速结构的品质因子（7 926.0~8 012.2）和分路阻抗（89.7~125.1MΩ/m）比较高，与等阻抗加速结构相比，可以使尾场明显下降，从而降低束流崩溃发生的可能性。     

Frequency and temperature dependence of electrical breakdown at 21, 30, and 39 GHz

A TeV-range e(+)e(-) linear collider has emerged as one of the most promising candidates to extend the high energy frontier of experimental elementary particle physics. A high accelerating gradient for such a collider is desirable to limit its overall length. Accelerating gradient is mainly limited by electrical breakdown, and it has been generally assumed that this limit increases with increasing frequency for normal-conducting accelerating structures. Since the choice of frequency has a profound influence on the design of a linear collider, the frequency dependence of breakdown has been measured using six exactly scaled single-cell cavities at 21, 30, and 39 GHz. The influence of temperature on breakdown behavior was also investigated. The maximum obtainable surface fields were found to be in the range of 300 to 400 MV/m for copper, with no significant dependence on either frequency or temperature.     

感应加速腔横向阻抗模拟计算

束腔相互作用导致的束流崩溃不稳定性 (BBU)将严重地恶化束品质 ,而加速腔横向阻抗反映了这种相互作用的强弱。用 MAFIA程序对三种不同的感应加速的腔横向阻抗进行了模拟计算。计算结果与采用脉冲双线法测量的结果反映了相同的物理性质。     

射频超导腔的研究新进展

 射频超导谐振腔已经大规模地应用到粒子加速器领域,其优越之处在于它可以在CW模式或长宏脉冲模式下,提供高的加速梯度。射频超导已经成为自由电子激光和能量回收直线加速器的关键技术。经过30多年的研究发展,解决了超导腔的热崩溃、场致发射等诸多关键问题,目前加速梯度已经超过40 MV/m。高加速梯度的获得是射频超导领域的前沿热点,电抛光＋低温热处理技术使射频超导腔的加速梯度提高3～4 MV/m。最新发展起来的超导腔的干式处理可以改善超导腔的表面状况,提高超导腔的Q值,抑制次级电子发射效应,有可能成为提高超导腔性能的又一有效手段。     

X波段2维金属光子晶体的加速结构

 光子晶体加速结构能够有效地阻尼高频率加速管中的尾场,对高能加速器中因尾场引起的束流不稳定性起到抑制作用。探索了X波段2维金属光子晶体微波加速结构的研制方法,用机械加工的方式制作了较高品质因数的2维光子晶体结构谐振腔。理论计算表明,在光子晶体结构谐振腔外围放置吸波材料,可有效地吸收加速结构中的类TM11偶极模等高次模,而对加速主模类TM01模影响较小。设计和制作了工作频率为11.42 GHz,由4个腔构成的X波段2维金属光子晶体行波加速器,实验结果与数值模拟计算值吻合较好。     

偏轴双腔互比型腔式束流位置监测器

 提出一种利用偏轴双腔来监测电子束位置的新方法,根据谐振腔归一化分流阻抗参数分析了其工作原理和主要特性。偏心束流在偏轴谐振腔中激发出较强的偶极模TM₁₁₀信号,根据两腔输出的偶极模信号幅度比可直接测量束流的中心偏移量。偶极模信号幅度变化反映了束流的偏移方向,省去了鉴相工作,简化了前端接收电路的的设计,基模抑制问题已被解决。利用MAFIA和HFSS软件对本征模进行仿真,并分析了模式耦合特性,仿真结果验证了新结构的可行性。     

双周期加速结构腔间耦合系数的模拟计算

在直线加速器加速管的设计中, 腔间耦合系数是一个关键参量, 它的误差是影响场分布误差的主要因素. 准确计算耦合系数，对于腔间耦合孔几何参数的设计十分重要. 目前, 采用电磁场计算软件进行数值模拟是计算耦合系数的主要 方法. 文献调研发现, 使用MAFIA程序计算耦合系数, 对于单周期的盘荷波导结构, 根据MAFIA程序内部电(磁)边界条件和周期性边界条件, 对应两者有行波模拟、驻波模拟两种方法计算色散曲线. 本文结合这两种方法, 对计算双周期加速结构耦合系数的方法进行了探索, 它们可得到相近的结果, 与实验测量值的差别小于15%.     

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.     

Study on the 1.3 GHz low loss shape superconducting cavities at IHEP

As part of the international research program on the superconducting cavity for the International Linear Collider (ILC) R&D on the 1.3 GHz low loss superconducting cavities has been carried out at the Institute of High Energy Physics (IHEP) since 2005. A design of 1.3 GHz low loss cavity shape was proposed and six single-cell cavities of different niobium material were successfully fabricated with standard technology. In this study our priority was on large grain (LG) cavities. The two LG cavities were treated with complete procedures of surface treatments based on chemical polishing (CP) without electro polishing (EP) at IHEP. The two LG cavities and a fine grain cavity were sent to KEK for vertical testing. All the three cavities reached accelerating gradients higher than 35 MV/m and the maximum gradient of 40.27 MV/m was achieved in the LG cavity. This paper presents the process of the vertical RF tests and the comparison of the LG and fine grain cavities's performance.     

强流四杆型RFQ加速腔水冷系统的设计和数值模拟

为了研制一个强中子发生器，北京大学重离子物理研究所设计了一台高负载因子、高流强的RFQ加速器. 本文讨论了RFQ加速腔水冷系统的设计，使用有限元软件ANSYS对水冷系统进行了分析. 使用MAFIA模拟计算得到的功率密度，并将其作为ANSYS水冷模型的边界条件. 因为MAFIA程序和ANSYS程序分网方法的不同，使用一个程序来将MAFIA的结果导入到ANSYS模型中，从而建立起了RFQ加速腔的热分析模型. 通过这个热分析模型分析并检验了水冷系统的设计，确定了水冷系统的结构. 模拟计算结果表明：使用目前设计的这套水冷系统，能够使RFQ加速器工作在适宜的温度下以及长时间稳定的运行.