HEPS-TF低温波荡器低温系统设计

高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)插入件系统计划研制一台基于镨铁硼的低温波荡器(CPMU)样机。低温波荡器的最大热负荷预计不超过700 W@80 K,要求低温系统冷却磁铁温度至85 K以下。低温波荡器低温系统采用过冷液氮闭循环迫流冷却的方式,对低温波荡器真空室内磁铁磁极阵列和真空内大梁进行冷却。根据热负荷估算情况,设计主循环流量为12 L/min,分为两条支路分布冷却低温波荡器内上下两排磁铁磁极阵列。根据循环流量对泵的热量、换热器换热能量、流经低温波荡器的液氮平均温度的影响,推导了液氮循环泵的调节策略。     

Delta波荡器传导冷却的热分析与实验研究

波荡器是同步辐射光源中产生X射线的关键设备,低温型Delta波荡器可明显提高镨铁硼永磁铁的峰值场强和内禀矫顽力,进而有效抵抗辐照环境下的磁场退化。为了使永磁阵列进入液氮温区,提出了磁铁干式传导冷却方案,设计了干式低温恒温器结构,利用数值模拟完成了热力学分析优化,并搭建实验台进行了降温测试。结果表明,Delta波荡器可通过单台小型低温制冷机传导冷却进入低温状态,并突破常压饱和液氮温度,最低达到40 K,四个梁的最大温差约1 K,达到温度均匀性要求,并将磁场强度提高20%以上。低温型Delta波荡器模组达到设计指标,验证了波荡器干式传导冷却方案的可行性,对低温型波荡器的研发设计具有重要意义。     

太赫兹自由电子激光波荡器的设计、测量与优化

波荡器电子轨迹中心偏移和磁场误差对CTFEL装置性能影响很大,通过前期设计和后期测量与优化将其限制在指标要求范围内。在前期设计中尽量避免引入全局性的系统误差:磁结构具有平面反对称结构,保证电子轨迹中心和波荡器磁轴重合;磁结构端部的特殊设计减弱了间隙对出口磁场二次积分的影响;机械系统的大梁和立柱具有良好的刚性,闭环控制系统保证了高的波荡器间隙控制精度,这些措施降低了间隙不一致引入的磁场误差。在后期测量与优化中削弱了磁场的残存全局系统误差和局部随机误差:利用磁场点测台测量了波荡器磁场的纵向和横向分布,通过调节标准单元组件位置对磁场进行了垫补和优化,优化后电子轨迹中心偏移、峰峰值误差、相位误差、好场区及其误差均满足指标要求。     

真空波荡器楔口机构结构分析与优化

 为了满足物理设计要求,楔口机构被应用于真空波荡器机械系统设计中。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对上海光源真空波荡器的关键部件——楔口机构进行了线性静态分析,得到了该关键部件的变形和应力分布情况及它们对外大梁变形和滚动角的影响,采用补偿弹簧系统并进行参数优化减小了影响,使之满足工作中的高精度需要。分析结果在真空波荡器调试过程中得到了验证,与实际情况基本吻合。     

波荡器位相误差对自由电子激光

对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明:与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

波荡器位相误差对自由电子激光

 对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明：与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

镨铁硼低温波荡器机械结构的传热分析

对镨铁硼材料在低温和室温下的热学和力学物性进行了测量;使用实测的镨铁硼物性并结合数值模拟的方法对镨铁硼低温波荡器的传热特性进行了分析;结果表明,磁极和磁极夹持机构与磁铁间的热传导是冷却磁铁的关键因素,冷却管道宜采用双通道同向并联的方式。使用该设计通过液氮可以冷却磁铁至82K,同时能够控制由于温差带来的磁极间相位误差小于0.1度,满足镨铁硼低温波荡器设计要求。     

用于THz源的混合型波荡器数值模拟

波荡器是基于自由电子激光的小型THz源关键器件,其可调节的周期性磁场结构与两端的光腔配合,使得穿越的电子束产生带增益的相干辐射,最终达到THz源所需要的功率.同纯永磁结构相比,混合型波荡器通过软铁材料调节由永磁块磁化方向性差异导致的磁场分布误差,同时可提供更高的场强.本文针对小型THz源需求,对混合型波荡器进行了相关物理设计.在解析方法分析的基础上,采用0PERA3/TOSCA有限元分析软件,对波荡器进行了三维磁场数值模拟和积分场优化.通过对波荡器端部结构的调整,优化后模型的一次场积分(导向误差)小于0.0lGs.m,电子轨迹偏移小于0.02mm.     

用于THz源的混合型波荡器数值模拟

波荡器是基于自由电子激光的小型THz源关键器件, 其可调节的周期性磁场结构与两端的光腔配合, 使得穿越的电子束产生带增益的相干辐射, 最终达到THz源所需要的功率. 同纯永磁结构相比, 混合型波荡器通过软铁材料调节由永磁块磁化方向性差异导致的磁场分布误差, 同时可提供更高的场强. 本文针对小型THz源需求, 对混合型波荡器进行了相关物理设计. 在解析方法分析的基础上, 采用OPERA3D/TOSCA有限元分析软件, 对波荡器进行了三维磁场数值模拟和积分场优化. 通过对波荡器端部结构的调整, 优化后模型的一次场积分(导向误差)小于0.01Gs﹒m, 电子轨迹偏移小于0.02mm.     

用模拟退火法进行纯永磁波荡器磁块组合优化

 纯永磁波荡器由多个磁块组成,磁块的剩磁离散性会引起波荡器磁场误差,从而影响储存环工作状态和自发辐射谱质量。在波荡器磁块安装之前,使用模拟退火法对磁块进行组合排序优化,可以使峰值场强误差降低到10 ^-4量级以下,磁场一次积分降低到10^-6 T·m量级,二次积分降低到10 ^-6 T·m ²量级,优化结果不依赖于初始状态的选择。给出优化的详细过程,提出了根据磁块剩磁快速计算波荡器峰值场强误差和积分场的方法。     

High power cryogenic targets

Radiative corrections to parity violating deep inelastic electron scattering (PVDIS) are reviewed including a discussion of the renormalization group evolution (RGE) of the weak mixing angle. Recently obtained results on hypothetical Z?? bosons??for which parity violating observables play an important rôle??are also presented.     

X波段极低噪声低温放大器

介绍了X波段极低噪声低温放大器的研制。在≤15K的环境温度下,X波段100MHz带宽内,实测放大器的等效噪声温度:≤8.8K;增益:>36dB;带内起伏:<0.4dB;输入反射损耗:<-22dB;输出反射损耗:<-20dB。它的研制成功,将可以替代进口产品满足X波段低温接收机的研制需要。     

The cryogenic phase detector

This work is devoted to investigating new superconducting electronics elements for cryogenic phase locking loop systems. It is shown that a tunnel junction superconductor-insulator-superconductor can be successfully applied as a cryogenic phase detector for a frequency stabilization system with ultrawide bandwidth.     

Ka波段低温低噪声放大器的研制

介绍了Ka波段低温低噪声放大器的设计和试验结果。在物理温度小于20K的环境下,噪声温度小于23K,输入输出回波损耗小于-12dB,0¹00GHz内无条件稳定。该组件将用于接收系统中的低温接收前端,能提高雷达的灵敏度和有效作用距离。     

S波段低温低噪声放大器

中介绍了S波段低温低噪声放大器的研制.在15K左右的环境温度下,300MHz带宽内,实测放大器的等效噪声温度≤4.6K,增益≥35dB,增益平坦度≤1.0clB,输入、输出回波损耗≤-20dB.它已经成功运用于射电天文等领域.     

低温阀门测试液氮储槽设计

介绍了DN15-DN400低温阀门性能测试测试系统中低温液氮储槽的设计研制方法,从低温储槽的绝热设计以及结构强度设计方面进行了详细介绍.低温储槽采用了新型的悬挂式结构,设计中采用ANSYS分析软件,对其在冷热交变下的应力变化以及结构强度进行了模拟,实际使用效果表明,低温液氮储槽完全达到设计要求.     

LNG船用超低温截止阀的低温试验瞬态特性研究

应用有限元分析软件ANSYS,对通径为DN80的LNG船用超低温截止阀低温试验状态进行了瞬态降温过程中温度的模拟与热力分析。分别对填料函温度以及阀门其他部分温度进行详细的研究分析,从而判定所设计的阀门阀颈长度是否合理,以及达到稳定状态时所需要的时间,并提出了一些建议。为超低温截止阀的结构设计提供了理论指导。     

低温阀门冷态试验的稳态传热模拟与分析

利用有限元分析软件ANSYS对为控制20 K温度的氦气而设计的低温阀门在正常运行和冷态试验状态下的温度场进行模拟与分析。针对冷态试验状态下拉杆处出现冻结的问题,提出在上阀体处添加绝热层的方案,通过进一步的模拟计算预测其改进的效果。