"神龙一号"加速器的BBU不稳定性分析

"神龙一号"加速器在束流调试初期出现了严重的BBU,该BBU是由偏心束流通过多功能腔时激励的TMllo 模引起的.分别以解析分析、数值计算和实验测量等方法对多功能腔的高频特性进行分析.几种方法得到的TMllo模频率与实验结果吻合,而横向耦合阻抗则有倍数之差,但都证明多功能腔在TMllo模式下的横向耦合阻抗过大,是激励BBU的最主要的因素.为此,设计了对多功能腔其他功能不产生影响的可以轴向伸缩的网罩.用来屏蔽多功能腔间隙.使用网罩后效果非常显著,实验结果表明,BU受到抑制,束流脉冲中的高频振荡消失.     

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。     

“神龙一号”直线感应加速器多功能腔设计

 多功能腔集真空泵安装、束流过渡漂移、束流在线测量及方便机器检修等诸多功能于一体，是“神龙一号”加速器束流传输系统的一个关键部件。简要介绍了多功能腔设计中的磁轴准直、输运磁场的连续性以及横向阻抗几个关键问题，阐明了多功能腔的可维修特性和磁轴准直性能，分析了多功能腔对输运磁场连续性的影响，计算了多功能腔的低横向耦合阻抗，并提出了降低横向耦合阻抗的措施。多功能腔的应用简化了束流传输线的结构，提高了束流传输线的性能，将在“神龙一号”直线感应加速器的调试中起到非常重要的作用。     

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.     

基于同轴TM812模谐振腔的毫米波多注速调管

 研究了群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率和同轴TM₈₁₂模谐振腔中微波能量的提取方法,论证了其作为毫米波多注速调管的输出腔的可行性。研究结果表明:理想群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达3.29%,一般群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达1.86%;采用同轴TM₈₁₂模谐振腔与沿轴向的同轴线耦合可以实现微波能量的提取;在输出腔工作频率为100.945 GHz,外观品质因数为2 243情形下,根据估算,最大输出功率可达15 kW。     

横向行波偏转结构中电磁场分布及腔间耦合系数的理论研究

 模拟分析了横向行波偏转结构中传播的HEM₁₁波的特性,并与加速模式TM₀₁进行了比较。设计并加工完成了该偏转结构的实验腔,用谐振微扰法测出了中间腔的横向场分布曲线,并与HFSS模拟结果进行了比较,模拟结果和测试结果一致,其横向场的最大值在偏离轴心径向的中间位置。用HFSS模拟了腔的色散特性,对有稳定孔和没有稳定孔的情况进行了比较,用谐振法对实验腔的色散特性进行了测试,测试结果和模拟结果一致。通过对等梯度偏转结构等效电路的简化,给出了等阻抗结构的等效电路,定性分析了此偏转结构的腔间耦合情况,计算了腔间耦合系数,模拟结果和测试结果一致。     

L波段高阶模抑制型磁绝缘线振荡器研究

根据磁绝缘线振荡器(magnetically insulated transmission line oscillator, MILO)中基模(TM₀₀模)与临近高阶模(HEM₁₁模)高频场分布的区别,采用破坏各腔之间HEM₁₁模π 模谐振条件的方式抑制器件中高阶模产生的方法,提出了高阶模抑制型MILO. 运用三维全电磁粒子模拟软件对高阶模抑制型L波段MILO器件进行模拟研究, 数值模拟结果表面该方法能够抑制器件中HEM₁₁模的产生.在此基础上对器件进行了对比性实验研究, 实验结果表明高阶模抑制型器件能够抑制HEM₁₁模的产生,稳定工作在基模.     

色散系统中束流投影发射度的增长

本文讨论了传输系统中由于轨道的动量色散而引起的束流投影发射度的增长. 导出了计算横向和纵向投影发射度增长率的公式. 假如(XOZ)为偏转平面. 则所导出的投影发射度的增长率为: 这里ε_x0和ε_z0分别是束流的横向和纵向初始发射度; 是动量散度; β_xf, α_xf, γ_xf是系统对x方向自由振荡的接收度参数; η和η′是色散函数及其导数.     

TM610高次模圆柱谐振腔的模拟研究

 根据电磁场理论设计了S波段TM610高次模圆柱谐振腔。运用HFSS，ISFELD3D， CST-MS及MAFIA软件计算了该谐振腔中TM₆₁₀及其附近模式的电磁场分布、谐振频率及模式间隔。计算表明：TM₆₁₀模式的电磁场集中在漂移管头周围的区域，谐振腔中心处无电磁场分布。根据TM₆₁₀模式的特点，采取了在腔中心放置铁氧体微波吸收材料的方法来抑制杂模。HFSS模拟表明：腔内吸收材料可消除TM₅₁₀模式外大部分杂模的影响。采用了在主谐振腔外加耦合吸收腔的方法来抑制TM₅₁₀模式，该吸收腔基模TM₀₁₀的谐振频率等于TM₅₁₀的谐振频率。模拟表明：TM₅₁₀模式的大部分能量可以被吸收腔内的铁氧体材料衰减掉，Q值从15 604下降到571。     

Ba2-xLaxTi4O11在静高压下的拉曼振动光谱及软模相变研究

 本文测量了Ba_1.8La_0.2Ti₄O₁₁和Ba_1.6La_0.4Ti₄O₁₁在静高压下的拉曼振动谱，发现了软模的耦合模行为。通过比较Ba₂Ti₄O₁₁的热力学理论计算值和实验数据，确认这种耦合是软模和一个声学模间的耦合，发生的相变是一个由具有B_g对称性的带中心软光学声子驱动的二级铁弹相变。     

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。     

合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计

 介绍了在合肥光源开展逐束团测量（横向和纵向）和横向束流反馈系统研究和研制的重要性,同时还介绍了设计思想。合肥光源高频频率为204 MHz,因此,系统至少需要100 MHz的带宽。还较详细地介绍了宽带部件和系统参数的选择原则。该系统不仅可用于研究由于高频腔中的高阶模和真空室的阻抗壁效应所引起的耦合束团不稳定性,而且还能抑制耦合束团不稳定性振荡、快速束流离子不稳定性和注入大幅度振荡等,从而将提高机器的运行性能。     

连续CO2激光脉冲制作长周期光纤光栅的研究

利用耦合模理论分析了均匀长周期光纤光栅中的模式耦合, 描述了连续CO₂激光脉冲逐点写入长周期光纤光栅技术的实验研究情况, 实验中观测到模式耦合强度随光栅区域长度发生周期性变化.     

Bi1.8Nd0.2Ti4O11的温致及压致软模相变研究

 采用背用散射的方法，测量了Bi_1.8Nd_0.2Ti₄O₁₁的拉曼光谱。实验结果表明，该掺杂样品发生温致和压致软模相变的温度和压力分别为200 ℃和3.35 GPa。文中讨论了相变点移动的原因及高频声子模随温度和压力的变化。     

高功率微波弯曲圆波导设计

 报道了可分别传输TM₀₁模和TE₀₁模的两种弯曲圆波导的设计方法和计算结果。研究表明：所设计的TM01模弯曲波导和TE₀₁模弯曲波导在中心频率上传输效率均超过99.5%,传输效率大于95%的带宽分别达到20.0%和14.4%;该两个弯曲波导也分别适用于传输TE₁₁模和TM₁₁模;水平极化TE₁₁模与TM₀₁模、垂直极化TM₁₁模与TE₀₁模在弯曲圆波导中传输时具有相似的传输效率和频带特性;而垂直极化TE₁₁模、水平极化TM₁₁模由于不易和其它模式耦合,在弯曲波导中传输时具有较高的传输效率。     

LD抽运的折叠腔Nd∶YVO4/KTP倍频红光激光器

对LD端面抽运的Nd∶YVO₄/KTP腔内倍频激光器的三镜折叠腔结构进行优化设计,研究了总腔长、输入镜曲率半径和Nd∶YVO₄和KTP晶体的热效应对激光谐振腔的稳定区域、Nd∶YVO₄晶体内基模光束半径的影响。实验结果表明:该方法所得出的结论与理论相吻合。在实验中比较了折叠腔不同折叠角度的红光输出功率,并获得了最佳折叠角度为25°,其有效倍频效率为10.8%。最后使用基频光的偏振特性与KTP的相位匹配之间的关系对实验结果进行理论解释。     

中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中的TM高次模

 用解析方法导出了中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中π-TM模式频率的本征方程和特性阻抗的计算公式,分析了耦合槽大小对几种π-TM模式频率和特性阻抗的影响。对TM₃₁₀模的具体计算结果显示,解析方法与模拟方法的计算结果符合得很好,可以用于计算谐振频率和特性阻抗。研究表明,耦合壁的厚度对π-TM模式频率的影响不大,耦合槽的大小和位置对谐振频率影响则较大。同时发现,在TM高次模双间隙腔中,出现了π₁模消失现象。     

X波段五腔渡越管振荡器的高频特性研究

 从麦克斯韦方程出发，采用时域有限差分的方法，对X波段五腔渡越管振荡器的谐振腔进行了高频特性研究，给出了该谐振腔中的TM₀₁模的非π模式的本征频率、Q值以及对应的场分布，并用实验冷测法测出了谐振腔的谐振频率与Q值。数值计算与实验结果比较一致，说明了该高频特性研究结果的可靠性。     

Design and simulation of a new type of 500 MHz single-cell superconducting RF cavity

This paper illustrates the design and simulation of a unique 500 MHz single-cell superconducting radio frequency cavity with a fluted beam pipe and a coaxial-type fundamental power coupler. The simulation results show that the cavity has a high r/Q value, a low peak surface field and a large beam aperture, so it can be a candidate cavity for high current accelerators. With the help of a fluted beam tube, almost all the higher order modes can propagate out of the cavity, especially the first two dipole modes, TE₁₁₁ and TM₁₁₀, and the first higher monopole mode, TM₀₁₁. The external quality factor of the coaxial fundamental power coupler is optimized to 1.2×10⁵, which will be useful when it is applied in the light source storage ring.     

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.