基于MTCA的HLS-Ⅱ直线加速器低电平系统改造

合肥光源(HLS-Ⅱ)在重大维修改造之后,其光源性能有了很大的提升。为了进一步实现连续、平稳地供光,需要对其进行恒流改造。恒流运行要求直线加速器的微波功率源有长期的稳定性与可靠性,旧的模拟低电平控制系统满足不了要求。本文基于微型电信计算平台(MTCA)设计实现了数字低电平控制系统,控制微波功率源的幅度和相位,它由以FPGA为核心的数字板卡、射频板卡、 MTCA机箱以及频率合成系统组成。该数字低电平系统工作在2 856 MHz的S波段,在线运行幅度稳定度达到0.04%,相位稳定度达到0.2°,满足恒流改造对直线加速器数字低电平系统0.25°相位抖动RMS值的相位精度要求。     

《强激光与粒子束》刊物简介北大核心CSCD

《强激光与粒子束》(High Power Laser and Particle Beams)是由中国工程物理研究院、中国核学会和四川核学会主办的科技期刊,主要依托国家高新技术领域重点科研计划和工程,报道我国高能激光与粒子束技术领域理论、实验与应用研究的最新成果和进展。内容涉及高功率激光、惯性约束聚变、高功率微波、等离子体物理、高能量密度物理、粒子物理,以及脉冲功率技术、加速器技术、太赫兹技术、核科学技术等。主要栏目:高功率激光与光学、ICF与激光等离子体、高功率微波、太赫兹技术、复杂电磁环境、粒子束技术、加速器技术、脉冲功率技术、核科学与工程等。     

非PLL相位平均型参考线原型验证

射频相位参考线是粒子加速器的重要组成部分之一,为射频低电平控制系统(LLRF)、束流诊断系统、定时系统等提供稳定的相位锁定参考信号。为减少远距离传输过程中由环境温度变化导致的射频传输线中的射频相位漂移,多个加速器装置中已经采用射频相位参考线提供射频相位参考,这些相位参考的实现方案主要是基于恒温控制和基于光纤锁相。与这些方案相比,采用相位平均方法不仅可以保持长距离节点之间的相位稳定,而且更易于现场安装与维护。现有的带有锁相环(PLL)的终端短路方式实现相位平均参考线的方案仍有一些节点数量限制等方面的不足,本文对相位平均参考线结构进行了去除PLL的简化设计并进行了验证,以期增加更多的相位分配节点以及降低对射频器件参数的要求。对非PLL的单端输入终端短路相位平均方案与两端输入各节点间互为参考的相位平均方案分别进行了实验测试,结果表明两者的相位RMS精度可以达到0.1°~0.3°。并对不同的相位平均实现方案中相位不稳定的产生原因进行了分析,结果表明,除环境温度外,同轴线缆材质、合成相位与幅度的不平衡合成等也是重要影响因素。     

12MeV LIA励磁恒流源的改进

为改善12MeV直线感应加速器励磁恒流源的性能．采用串联线性调整电源技术．使恒流源负载在0．06～0．1Ω、输出电流在300-500A及电网在士10％之间变化时．输出电流稳定度好于0．1％，输出纹波小于0．2％。并采用屏蔽盒等措施增强恒流源在强电磁场和X射线辐射环境中的抗干扰能力。     

“强光一号”加速器Z箍缩丝阵负载的零维模拟

作为丝阵Z箍缩实验的基础,丝阵负载的设计具有重要意义。主要介绍了Z箍缩丝阵负载设计的slug模型, 首先对该模型的原理进行了分析,然后对该模型进行编程,并利用美国Saturn加速器上的丝阵负载实验结果进行验证,计算结果表明了程序的可靠性。最后应用该模型及所编写程序对“强光一号”加速器上丝阵负载的Z箍缩实验进行了模拟,获得了偏差小于5%的模拟结果。     

双脉冲电子束源实验研究

利用现有2MeV直线感应注入器,通过改造,将其次级功率源和8个感应腔分成2组,使之交替工作,建立了一台双脉冲电子束源。二极管电压脉冲幅度达到1MeV,电子束脉冲持续时间为120ns,脉冲间隔可以根据需要在100~500ns间进行调节。实验结果表明：该双脉冲电子束源可以产生双脉冲电子束,其电压幅度差值小于2%,束流可达3kA,并且工作稳定,利用该装置可以进行多脉冲二极管物理和天鹅绒多脉冲发射特性实验研究。     

线性变压器源驱动相对论速调管放大器的初步实验

 利用新研制的紧凑型线性变压器驱动源（LTD）脉冲功率源二极管产生的电子束源,开展了S波段长脉冲相对论速调管放大器（RKA）的初步实验研究。采用无箔空心阴极和0.9 T恒流源引导磁场从LTD二极管引出了电压600 kV、束流6 kA、脉宽150 ns的环形电子束,该电子束经过1个同轴输入腔和2个同轴调制腔的调制后,产生了幅度5 kA、脉宽110 ns的基波调制束流,采用该调制束流驱动同轴微波提取腔,辐射输出了峰值功率820 MW/110 ns的辐射微波,效率28％,增益36 dB。同时,开展了重复脉冲RKA和相位特性的实验研究,重复频率10 Hz运行时,辐射微波达到800 MW/100 ns,相位抖动小于 20°。     

刻槽绝缘平行板对电子束的导向效应研究

采用不同材质的刻槽绝缘平行板,包括高纯度石英玻璃、聚四氟乙烯（Teflon）、酚醛树脂（电木）和聚甲醛板（赛钢板）,并在15 pA/mm2 ~14.3 nA/mm2范围内改变入射流强,利用1 500 eV电子束入射上述绝缘平行板,实验研究了上述平行板对电子束的导向行为。实验发现,上述电子束通过上述平行板时存在明显的导向现象,其导向行为与束流流强和绝缘材质无关。据此,可排除绝缘平行板内表面沉积电荷自组织充放电过程中,以绝缘材料的面电阻和体电阻对地泄放的线性形式放电过程。Adopting several grooved parallel plates made by different insulators, such as high-purity fused quartz, Teflon, Bakelite and POM (Polyformaldehyde), and further adjusting the electron beam current in a wide range (tens of pA~tens of nA), the discharging mechanism in the self-organizing charge and discharge processes of electron guiding was investigated and discussed by using 1 500 eV incident electron beam. The present results show that, the electron guiding behaviors are obviously existing when such electron beam is transmitted through the above grooved insulating parallel plates, which are independent on beam current and insulators. Our results suggest that, the possibilities of the accumulated charges on inner-surface of grooved parallel plates linearly discharging through surface and bulk resistances of plates into the ground should be excluded.     

同轴相对论速调管周期永磁聚焦系统的初步研究

为了探索相对论速调管放大器(RKA)的小型化技术,开展了同轴RKA周期永磁聚焦的物理与设计技术研究。周期永磁聚焦系统采用Halbach阵列结构,产生的磁场类型为周期性会切磁场。首先给出该系统的磁场各个分量的表达式,分析该系统磁场分布的特点,并推导得出该系统聚焦强流环形电子束的稳定条件。根据该稳定条件,对Ka波段同轴RKA设计了一个周期永磁聚焦系统,并优化了周期磁场参数,确定了磁场系统设计的最佳周期和幅值。研究结果显示,周期永磁(PPM)聚焦系统在周期长度18 mm和磁场幅值0.33 T的条件下可引导500 kV、6 kA的同轴RKA,得到1 GW的微波输出功率,物理分析确定了周期永磁聚焦系统应用于高功率同轴RKA的技术可能性。     

S波段6 MeV边耦合电子直线加速器的设计研究（英文）北大核心CSCD

近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。