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.     

上海光源500MHz超导腔水平测试

上海光源是能量为3.5 GeV的第三代先进中能同步辐射光源,其储存环上安装了三台超导高频腔补偿电子因同步辐射等原因丢失的能量。为保障上海光源的长期稳定高效运行,中国科学院上海应用物理研究所和上海市低温超导高频腔技术重点实验室共同研制了具备低高次模损失参数和可承受更高入射功率的新型500 MHz超导腔,作为上海光源在线运行超导高频腔的备用腔。超导铌腔经低温垂直测试达到所需加速性能后,需要与高功率输入耦合器、高次模吸收器、低温恒温器等集成并完成水平测试,获得超导腔模组的加速性能、低温性能和真空性能。介绍了超导腔备用腔的研制、集成和测试过程,采用文丘里(Venturi)校准法获得模组的静态功耗反应模组的低温性能,并通过高功率测试获得了超导腔备用腔模组的加速性能。测试结果表明：自主研制的500 MHz超导腔备用腔满足上海光源的工作需求,在超导腔的加速腔压为2.0 MV时,无载品质因数为1.2×10⁹ @4.2 K,且低温模组的静态热损耗为36.1 W。     

超导直线增能器低温恒温柜的研制

文中详细介绍了超导直线增能器用低温恒温柜的研制过程.采用液氮冷屏保护,液氦作冷源,冷却四只QWR超导腔;静态热损耗小于10W,高频功率负载条件下总热损耗小于50W.该装置还具有机械调谐和功率调谐功能,设备的测量、控制和数据采集采用壹套PLC和工控机来完成,设备的自动化程度和可靠性较高.     

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     

BEPCⅡ国产500 MHz超导腔运行综述

北京正负电子对撞机二期(BEPCⅡ),国产500 MHz超导腔经过紧张的安装调试于2017年10月正式投入带束流运行。首先对此国产超导腔两次降温调试的相关参数进行了监测和对比分析;其次研究了通过高功率老练的方法改善超导腔的品质因数,并实时监测超导腔老练过程中的辐射剂量;最后对超导腔的带束流运行情况进行了介绍分析。结果表明：BEPCⅡ国产500 MHz超导腔虽然放置了6年,但是状态良好,通过高功率老练能够降低超导腔的辐射剂量,改善其性能,完全满足束流运行要求。     

BEPCⅡ超导腔垂直测试杜瓦的漏热分析与实验研究

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCⅡ)采用了超导射频技术,超导腔设备在与低温恒温器总装之前,必须进行液氦温度下垂直位置的性能测试.测试杜瓦的绝热性能对超导腔的垂直测试性能产生直接影响,准确测算测试杜瓦的漏热量对垂直测试方案的制定、减少液氦消耗量具有重要的指导意义.对测试杜瓦的主要漏热部分进行了计算,同时以液氮...     

BEPCⅡ超导高频腔输入耦合器结构及特性研究

在高频加速系统中, 加速腔的输入耦合器是至关重要的部分之一, 其性能直接影响高频功率的耦合和加速腔的特性. 北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)中的高频系统中, 超导高频加速腔采用的是同轴天线型功率输入耦合器, 这是首次在国内采用的500MHz频率的大功率耦合器. 本文中对这种超导腔耦合器的二次电子倍增效应情况、传输系数、热分布情况三方面的特性进行了研究. 研究结果表明, 耦合器在多个功率点存在二次电子倍增效应, 必需采取相应的措施来改善其对耦合器的不利影响; 通过对耦合器结构尺寸的优化使其在BEPCⅡ工作频率(499.8MHz)下能更有效地传输功率; 通过模拟计算, 得到了耦合器内外导体的热分布图象, 为校核和改进冷却设计和布局的合理性提供了重要的依据.     

BEPCⅡ高频系统的建造

北京正负电子对撞机二期(BEPCⅡ)的高频系统已于2006年11月投入运行,它包括了3个子系统:超导腔、发射机和低电平控制系统.与以前的高频系统相比,工作频率由200MHz变为499.8MHz,超导腔取代了常温腔.在过去一年的运行中,高频系统表现良好,达到了设计指标.     

1.3 GHz超导腔的掺氮实验

为了大幅度提高纯铌超导腔的品质因数,从而降低其使用功耗,选择对超导腔进行高温氮掺杂处理。立足国内外大型加速器的需求,中国科学院高能物理研究所首先开展了1.3 GHz 1-cell超导腔的研究,包括常规处理以及氮掺杂实验,并且对掺杂前后的结果进行了分析、对比。结果表明,通过掺氮,两只1.3 GHz 1-cell细晶粒纯铌超导腔的品质因数均获得了显著提升,同时在超导腔低温垂直测试中观察到了比较明显的反常的品质因数随加速梯度变化的曲线,即“anti-Q-slope”现象。

     

超导薄膜表面电阻测量新方法

本文报导一种测量高温超导薄膜微波表面电阻的新方法和测试装置.通过对加载两个不同蓝宝石的同一谐振腔进行测试,可以得到测试样品以外所有其它损耗对应的Q值.根据电磁场分布计算出谐振腔的结构参数G.用网络分析仪测量出谐振腔的无载Q值,便可计算出超导薄膜的微波表面电阻Rs.测量过程中既不会损伤超导薄膜样品,同时可以实现单片超导薄膜表面电阻的绝对测量,不需要校准件,测量简便可靠,精度高.     

同步辐射用高频腔的性能研究实验

基于合肥光源提供的铜制有源高频腔和上海光源提供的铌制超导无源高频腔,设计了可以测量高频腔性能参量的实验装置.以探针将微波信号馈入高频腔体中,通过网络分析仪接收到的信号分析微波在腔体中的谐振情况,从而测量腔体的特性.利用该实验装置测量了2个高频腔的谐振频率、品质因数和腔体中心轴线上的电场分布.     

国内首次超导高频系统束流调试及高功率试验

2004-2007年BEPC高频系统从常温腔改建到超导腔,逐渐解决了改频的物理问题和超导技术的工程难题,实现了与国际先进技术接轨,并按期保质完成了工程、调束任务.高频系统是BEPCⅡ工程首个吸收国外超导技术、自主完成集成和调试成功的大型装置;2006年7月国内首次超导高频大功率试验成功;2006年11月完成系统联调,按期投入BEPCⅡ首轮调束;同年12月首次投入同步辐射运行;2007年2至5月,东、西两套超导高频系统在1MV以上的加速电压均已实现正/负电子1.89GeV注入积累和110/114mA对撞;在同步辐射运行中,逐渐达到2.5GeV/250mA、束流功率100kw,接近国外同类机器水平;束流试验证明两套高频系统的各类参数标定和测量值与理论设计吻合.10个月运行表明系统可靠.本文对BEPCⅡ高频系统的束流联调和高功率试验做简要描述.     

BESⅢ超导电缆极端弯曲下载流能力试验及氦弧焊焊接接头低温电阻测量

北京谱仪（BESⅢ）超导磁体是为北京正负电子对撞机二期改造工程（BEPCⅡ）制造的超导探测器磁体．它采用了国际上先进的两相氮问接冷却方式及线圈内绕技术．其超导线为铝稳定体NbTi／Cu超导电缆．由于生产工艺上长度的限制，BESⅢ超导电缆由三段电缆焊接而成．焊接匝电阻必须限制在一定范围内，以免产生过大的焦耳热，影响磁体的正常运行．超导电缆由支撑筒内部引出到颈管及阀箱部分时，有一定角度的平弯及侧弯，这部分弯曲电缆的载流能力也是必须要考虑的问题．为此，我们进行了两次超导电缆性能测试实验，对超导电缆弯曲前后的载流能力进行了测试，并且测量了超导电缆低温下的焊接电阻．本文提供了这两次实验的实验结果及分析．     

325MHz超导腔输入耦合器镀铜层厚度的实验研究

通过对工作在325 MHz、镀铜厚度分别为10,20,30μm的耦合器外导体进行高功率测试,研究了超导腔输入耦合器外导体内壁镀铜层厚度与漏热的依赖关系,目的在于寻找最优化的铜层厚度来降低超导腔输入耦合器的低温漏热。实验结果表明,20μm铜层的耦合器具有较低的动态损耗。综合考虑静态损耗与动态损耗,则20μm铜层厚度为最优化的铜层厚度。     

国内首次超导高频系统束流调试及高功率试验

2004—2007年BEPC高频系统从常温腔改建到超导腔, 逐渐解决了改频的物理问题和超导技术的工程难题, 实现了与国际先进技术接轨, 并按期保质完成了工程、调束任务. 高频系统是BEPCⅡ工程首个吸收国外超导技术、自主完成集成和调试成功的大型装置; 2006年7月国内首次超导高频大功率试验成功; 2006年11月完成系统联调, 按期投入BEPCⅡ首轮调束; 同年12月首次投入同步辐射运行; 2007年2至5月, 东、西两套超导高频系统在1MV以上的加速电压均已实现正/负电子1.89GeV注入积累和110/114mA对撞; 在同步辐射运行中, 逐渐达到2.5GeV/250mA、束流功率100kW, 接近国外同类机器水平; 束流试验证明两套高频系统的     

北京大学国产大晶粒铌材超导腔的性能研究

大晶粒铌材是射频超导领域的研究热点之一. 采用大晶粒铌材的射频超导谐振腔, 其后处理工艺可以大大简化. 北京大学对此进行了深入细致的研究, 自主研制了采用国产大晶粒铌材的射频超导腔, 对这些超导腔进行了简单的表面处理, 包括标准的化学抛光(BCP)和120℃低温烘烤处理, 未进行非常复杂的电抛光处理, 低温性能测试结果表明其低温超导性能优越, 大晶粒1.3GHz超导腔的加速梯度达到了43.5MV/m, 为我国超导加速器的国产化打下了基础.     

低温二次电子产额测试系统设计与研究

在合肥先进光源（HALF）建设中,由低温超导材料组成的真空部件被大量使用,尤其是超导高频腔。超导腔以高加速梯度、低束流阻抗、高无载品质因数和低运行成本等特点,成为21世纪国际上拟建的大型加速器的首选。而超导腔和低温真空室内表面的二次电子发射可能会引发电子云（EC）现象。超剂量的二次电子倍增功率沉积会引起低温区域热负载增加、超导腔失超等现象,因此降低超导高频腔内二次电子发射成为合肥先进光源设计过程中的巨大挑战。在常温材料二次电子产额（SEY）测试系统的基础上,作者自主研发设计低温样品架结构,使液氦流经样品台并通过热传导冷却样品,计算漏热来反推所需要的制冷量和液氦的消耗速率。在系统集成调试后进行降温性能测试,搭建了低温材料二次电子测试系统。     

BEPCⅡ超导腔失效分析

以北京正负电子对撞机(BEPCII)超导腔为例,通过监测运行中超导腔的主要参数,如腔压、输入功率、调谐角等,并与理论计算相比较的方法,对超导腔失效常见的几种原因,包括：高频系统硬件故障、束流丢失以及调谐器机械运动不畅等,进行了分析,重点解决了调谐器机械运动不畅导致超导腔失效这一比较复杂的问题。这些分析为减少BEPCII高频故障,增加BEPCII运行可靠性提供了重要参考。     

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.