325 MHz高功率波导窗设计研究

为了使漂移管加速结构运行更加稳定,传输功率可更好地馈入质子直线加速器中,本文对漂移管加速结构的波导窗进行设计与研究。利用微波仿真软件CST对波导窗的结构进行计算,并通过改善匹配结构对射频参数进行分析及优化。通过仿真结果计算频率带宽、电场分布及功率损耗。最终对波导窗进行热分析,通过公式计算所需冷却水的流量。结果表明,该波导窗可应用于325 MHz加速结构中。     

高功率波导窗的设计

理论分析波导窗结构,确定波导窗结构的基本参数,采用高频模拟程序HFSS计算了波导窗内空间电磁场分布的大小与方向。运用该模拟程序的自动优化功能,修正了高功率波导窗的电磁场计算,优化高功率波导窗性能,并确定高功率波导窗结构参数。     

S波段波导窗的设计

采用高频结构模拟器(HFSS)建立波导窗物理模型,并计算波导窗内的电场分布、大小和方向,以及波导窗的射频参数如频率与带宽、输入电压驻波比,从而为改进波导窗提供了理论依据,并最终设计了一个适合5 MW、45 kW高功率传输的波导窗.     

324MHz波导窗的设计与研究

正波导窗在高功率微波系统和高功率辐照加速器上起到将超高真空与大气或充气状态进行隔离的作用,且在传播射频电磁波的过程中,需尽可能多的将功率馈入腔体,因此需将插入损耗与反射损耗控制在尽可能小的范围内。在对波导窗进行设计时,主要是对窗体结构进行设计并选取适当     

上海光源2998 MHz加速管波导耦合器的设计

上海同步辐射光源(SSRF, Shanghai Synchrotron Radiation Facility)直线加速器采用2998 MHz的加速管,这种加速管在结构形式上虽然与SLAC型2856 MHz加速管相似,但在尺寸上略有差异,需要重新计算.本文采用与实际调试加速管时相同的三频法、有限差分分析软件Superfish和HFSS对2998 MHz加速管耦合器进行物理设计,为实际工程设计提供指导.物理设计与实验测试结果非常吻合.     

17 高俘获效率电子直线加速器的设计研究

加速管是加速器设计的核心部分。常规设计加速器的俘获效率只能达50％左右，1/2的电子都损失在加速管内，丢失的电子会轰击加速管管壁，产生轫致辐射、腔体发热量增加、真空变坏等许多负面影响。采用等梯度加速结构，相速沿加速管呈线性增加，调整相速变化规律及加速管腔体的尺寸参数，设计的加速管最终俘获效率提高到90％以上，同时平均加速梯度没有因此降低，加速管总长度未增加。     

S波段高功率微波测试台架的研制

S波段高功率微波测试台架主要由磁控管、调制器、微波传输元件及高功率测试装置和保护装置组成。该台架采用量热法利用水负载吸收微波功率,通过工频校准测量微波部件的承受功率能力。利用水负载高功率测量装置对小功率计测量系统校准,测量微波部件在高功率状态下的插入损耗、隔离度、输入电压驻波比等性能指标,从而实现微波部件的高功率考验与测试。此外,采用高功率环行器和微波反射快速保护装置,确保测试台架的高功率稳定运行。     

975 MHz高功率移相器的研制

移相器是直线加速器射频系统中的关键部件之一,为确保大功率加速器稳定运行,所用移相器需承受高射频功率的传输。基于改变传输线长度的移相方式,本文设计了通过电长度调节和3 dB混合耦合调谐的复合式结构,通过分析射频性能优化各部分结构,并对整个移相器结构进行模拟计算,研制了一种高功率移相器。实验测试结果表明,该移相器工作频率为975 MHz,在工作频率处驻波比为1.02,可实现0°～360°线性移相,整个移相范围内插入损耗小于0.45 dB。     

高梯度加速管的设计

叙述了双间隙高梯度加速管的设计，介绍了加速管的主要部件的作用和结构，井扼要说明和讨论了加速管的试验结果。     

2.5 MeV行波加速管设计

2.5 MeV废水处理加速器以1.5 MW的速调管为微波功率源,在加速管入口处提供不低于1.3 MW的微波功率,在长约76 cm的行波加速管中将电子束加速到2.5 MeV/5 kW。加速器工作频率为S波段2 856 MHz。文本介绍了加速管的物理设计,采用数值计算方法完成了加速管束流动力学设计,并用PARMELA进行了验证计算,得到了较好的一致性。建立了加速管射频结构模型,完成了加速腔、耦合器的计算和场分布调整,优化后加速管在工作点驻波比为1.01,驻波比小于1.2的带宽约为2 MHz。     

X波段2MeV行波电子直线加速管的物理设计

在模拟计算程序LINE-ACC/PC基础上，结合单一搜索方法和非线性最小二乘算法编程，实现一个X波段2MeV行波加速管的物理设计。应用此方法可以有效缩短加速管的优化设计时间。文章给出的优化计算可应用于一类常相速周期结构的加速管设计。文章同时给出了纵向粒子动力学、盘荷波导的几何尺寸及加速管的工作特性等方面的计算结果。     

漂移管直线加速器加速电场分布及稳定性调谐研究

漂移管直线加速器(DTL)加工和安装的误差会导致腔内加速电场分布偏离设计值。为了补偿该偏差,通常在腔内安装调谐装置。同时,在腔内引入耦合杆周期结构,通过调节耦合杆与漂移管之间的间隙,可提高DTL腔内加速电场的稳定性。本文基于高频谐振腔理论和小球拉线测量技术,搭建了一套高精度电场测量系统。结合仿真模拟和实验,实现了中国散裂中子源(CSNS)DTL的加速电场和稳定性调谐,使得腔内实际加速电场分布与设计值相对偏差小于2%,谐振频率和电场稳定性均达到设计指标。     

Design of High Power Electron Linac at PNC

Abstract

A high power CW (Continuous Wave) test electron linac was designed to develop a higher power linac to transmute radioactive wastes. The test linac is energized by two 1.2 MW CW L-band klystrons to produce an electron beam with the energy of 10 MeV and current of 100 mA. The average beam power is 200kW–1MW for the duty factor 20–100.%.

In designing such a high power linac, authors selected a traveling-wave accelerator with TWRR (Traveling Wave Resonant Ring). This is to enhance the threshold current of BBU (Beam Break-Up) and to get high accelerator efficiency that results from the low value of attenuation constant τ and high field multiplication factor M which are permitted only with TWRR.

A kind of efficient cooling structure is adopted to an accelerator structure in order to disperse the generated heat by RF (Radio Frequency). The variational method is used to calculate the sizes and parameters of the disk-loaded accelerator structure employed. There is a discrepancy of the order of a few hundredth of one percent between the calculated sizes and the experimental ones. The M determined in the design agreed well with those measured in low and high power tests.     

高平均束流功率辐照加速器加速结构的研究

本文介绍了10 MeV/100 kW的高平均束流功率工业辐照加速器束流动力学模拟结果及其加速结构的优化设计结果。加速器采用驻波双周期轴耦合结构,1个加速腔和1个耦合腔构成1个加速单元,其工作频率为325 MHz,工作模式为π/2,加速腔和耦合腔之间通过耦合狭缝在轴向以磁耦合的方式耦合在一起。使用SUPERFISH优化加速腔的有效分路阻抗、Kilp系数等关键参数。束流动力学方面,使用PARMELA模拟论证在粒子源提供2.5 keV、500 mA的电子束后,通过6个加速腔可得到10 MeV/100 kW的平均束流功率。加速腔优化完成后使用CST对耦合腔进行了设计,此时由6个加速单元组成的加速结构有效分路阻抗为23.9 MΩ/m、无载品质因数为29 347,各加速腔与相邻的耦合腔耦合系数为4.7%,工作模式与其相邻模式的最小频率间隔为2 MHz,每个加速单元功耗为290 kW。     

9MeV行波电子直线加速器加速管的物理设计

海关大型货物在线检测用加速器采用４ＭＷ速调管作为微波功率源,保证加速管入口功率可达３．５ＭＷ、工作频率为２８５６ＭＨｚ;以行波方式加速电子,聚束器俘获效率大于８０％;加速管全长约２２０ｃｍ;电子能量设置９、６ＭｅＶ两档,对应的额定脉冲束流强度理论设计值分别为１７０和３００ｍＡ。本文给出了纵向粒子动力学、盘荷波导的尺寸及加速管的工作特性等方面的计算结果。     

加速器驱动次临界核能系统高功率质子直线加速器概念研究(英文)

加速器驱动次临界核能系统(ADS)是下一代能源的首选方向。它能有效地利用铀和钍资源,嬗变长寿命高放射性废物和提高核安全水平。ADS加速器应能提供几十兆瓦质子束。超导直线加速器(SCL)效率高,束流损失少,是ADS加速器的最佳选择。作者介绍的ADD加速器由5 MV射频四极加速器,100 MV独立调相超导腔加速器和1 GV椭圆超导腔加速器组成。确定了加速结构和主要参数,考虑了研究和发展计划。     

Pu600能窗钚丰度算法

美国LLNL提出了采用钚材料γ谱的Pu600能窗（630～670 keV）计算钚丰度,本文用此能窗建立了钚丰度算法,并对几个不同样品的谱数据进行了丰度计算。用PC/FRAM对这些谱数据进行了丰度计算验证,两者的计算结果吻合较好。     

HI-13串列超导增能器的束流动力学设计考虑

为了进一步扩大超过库仑位垒的重离子种类，HI－13串列加速器升级工程计划在串列加速器的后面增设一套超导增能器。本工作给出了该增能器的束流动力学设计。该增能器是由放在一低温柜内的4个QWR谐振腔组成，其设计目标是：频率为108MHz、同步粒子温度β=0.07时的能量增益可达到2MeV/q。     

云母窗型G-M管辐射响应特性研究

云母窗型G-M管能够探测α粒子、β粒子和γ射线。论文建立了云母窗型G-M管测试平台,通过漏计数修正减少了G-M管的死时间影响。分别对α和β放射源进行探测,得到云母窗型GM管对α和β粒子的响应特性,为云母窗型G-M管用于多种射线的探测作了特性研究。