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.     

BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数Q_0的测量

超导腔的静态热负荷和无载品质因数是表征超导腔低温恒温器以及超导铌腔性能好坏的最重要参数.BEPCⅡ超导腔采用的是液氨浸泡冷却方式,对两个超导腔在测试站分别进行了降温调试,在超导腔达到超导状态并稳定运行后,对其静态热损耗进行了测定.此外,超导腔Q_0的测量主要是采用热力学的方法测量其高频损耗然后经计算得出Q_0.介绍了BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数的测量原理及方法,并且给出了两个超导腔在不同高频加速电压下的测试结果.此测试结果已作为BEPCⅡ超导腔验收测试的重要依据.     

BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数Q0的测量

超导腔的静态热负荷和无载品质因数是表征超导腔低温恒温器以及超导铌腔性能好坏的最重要参数. BEPCⅡ超导腔采用的是液氦浸泡冷却方式, 对两个超导腔在测试站分别进行了降温调试, 在超导腔达到超导状态并稳定运行后, 对其静态热损耗进行了测定. 此外, 超导腔Q₀的测量主要是采用热力学的方法测量其高频损耗然后经计算得出Q₀. 介绍了BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数的测量原理及方法, 并且给出了两个超导腔在不同高频加速电压下的测试结果. 此测试结果已作为BEPCⅡ超导腔验收测试的重要依据.     

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。     

吸收材料对超导高频腔高次模抑制的实验研究

束流粒子通过加速腔的基模加速,以达到所需的能量值. 由于腔本身的多谐性,束流在超导腔里面会激发起高次模,其中其电场分布对粒子加速起到负面作用的,称之谓有害高次模,减小或抑制有害高次模是加速腔研究的一个重要环节,利用铝模型腔对超导腔的高次模抑制进行研究,给出测量结果,研究表明:铁氧体是很好的微波吸收材料,对于所研究的超导腔内的高次模有着良好的吸收效果.     

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.     

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.     

BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制优化研究

BEPCⅡ500MHz超导腔是BEPCⅡ储存环的关键设备,腔中高次模的分布和阻抗将很大程度上直接影响束流的稳定.因此,研究BEPCⅡ超导腔的高次模分布和高次模吸收器的吸收效果对实现BEPCⅡ指标至关重要.为此,通过改变高次模吸收器的位置、铁氧体吸收材料的长度、厚度以及腔的渐变过渡波导的角度等对BEPCⅡ超导腔高次模阻抗抑制进行了模拟优化研究,从而找到并确定了吸收器对高次模阻抗抑制的最优值.同时,为证实模拟计算结果的正确性,对BEPCⅡ超导模型腔进行了高次模分布和吸收测量,得到了与计算一致的结果.结果表明,经过细致优化腔的高次模吸收器,腔中大部分高次模被深度吸收了,那些具有潜在危险的高次模阻抗值降到了阈值以下,满足BEPCⅡ束流阻抗要求     

CSNS-II超导椭球腔形变电场平坦度仿真分析

超导椭球腔是一种通过冲压零件和电子束焊接而成型的薄壁结构,在加工过程中存在不可避免的形变,如单元倾斜、偏轴,单元长度偏差,从而影响椭球腔的轴向电场平坦度,进而降低椭球腔的运行电场梯度。因此,在椭球腔加工成型后要进行预调谐处理。椭球腔预调谐是通过对椭球腔整形,包括倾斜和偏轴矫正,单元长度矫正,以达到提高轴向电场平坦度的目的。采用COMSOL多物理场耦合软件对CSNS-II（China Spallation Neutron Source Phase II）超导椭球腔可能存在的形变进行了仿真计算,研究了各单元形变量对电场平坦度的影响,分析了腔体调谐位移量对电场平坦度的影响,为椭球腔预调谐提供数据参考,也为预调谐机的设计研制提供指导。另外,确定了椭球腔机械形变的要求,确保椭球腔机械加工质量满足CSNS-II升级的实际工程需求。     

用于高平均功率自由电子激光器的DC–RF超导腔注入器

北京大学超导加速器实验室提出了新型DC?RF超导腔注入器的设计方案.该注入器由皮尔斯引出结构、1+1/2超导腔组成,可以提供高品质的、CW模式或高占空比(1%以上)的电子束.对该注入器进行了分析计算和设计研究,通过改变超导腔首腔腔形以增加聚焦效果,采取措施缩短阴极到超导腔的距离,从而有效地抑制束流发射度的增长.用PARMELA对该注入器进行束流动力学研究,以确定皮尔斯引出结构的形状以及超导腔的同步相位.计算结果表明这种用于高平均功率自由电子激光的注入器的设计方案是可行的.