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.     

100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统

中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV,200 A的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。     

100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统

中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV,200 A的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。     

多重电子超越现象对高功率注入大间隙速调管中束流群聚特性的影响

当注入功率较高时, 大间隙速调管输入腔的基频电流分布中, 除常规意义上的最佳群聚电流峰值(第一峰值电流)外, 出现了与第一峰值电流幅值相当的第二峰值电流. 结合群聚理论和粒子模拟结果, 研究和讨论了第二峰值电流产生的机理. 研究结果表明, 第二峰值电流的出现由高电压调制系数下出现的多重电子超越效应造成. 当二极管电压600 kV, 束流5 kA, 工作频率3.6 GHz 时, 利用多重超越效应可在保持最佳群聚距离基本不变的前提下, 把大间隙速调管的束流群聚深度由80%提高到92%, 群聚束流的基频功率也从2.2 GW提高到2.8 GW, 增幅约27%. 关键词： 大间隙速调管放大器 高功率注入 多重电子超越 束流群聚     

用于NPA标定系统的高频离子源研制

研制了一台用于Neutral Particle Analyzer(NPA)标定系统的高频离子源,对其性能参数进行了实验测量,得到引出束流与高频振荡器板压、引出电压及放电气压之间的特性曲线,对影响引出束流稳定性的原因进行了分析.结果表明:当工作气体为氢气,在板压580 V、引出电压1600 V、聚焦电压1550 V和气压9.5×10~(-4) Pa时,能引出66μA的离子流;在41μA束流条件下,4小时内的束流稳定性优于2.6%,影响束流稳定性的主要因素是放电管内工作气体气压的波动和等离子体温度的升高.此结果可以满足HL-2A/M上NPA系统的标定对离子源的要求.     

加速器高频幅度稳定系统

用于HIRFL注入器上的回旋加速器高频机幅度稳定系统完成于1988年,得到了成功应用和明显效果。其电路可等效于一个负反馈闭环回路,依靠其负反馈的作用,可使得加速器高频电压瞬时稳定度在10-4量级,这有助于束流引出的效率和能散的改善。     

用于能量标定的束流损失测量系统

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量,建立了一套束流损失的测量装置,选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器,根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路,并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化,可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验;并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。     

用于能量标定的束流损失测量系统

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量,建立了一套束流损失的测量装置,选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器,根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路,并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化,可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验;并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。     

有横向耦合的束流系统的匹配问题

分析了不同起始情况的束流通过有横向耦合的束流系统后发射度的变化，给出了束流有效发射度的边界方程式及匹配条件．     

移动通讯用超导接收系统滤波器集成结构设计及试验

详细介绍了移动通讯用超导接收系统滤波器的集成结构设计;提出了集成结构设计的考虑因素及总体集成结构方案。对集成结构中的重要零部件材料选取及结构设计进行了详细介绍、设计,并对设计的部分零件及系统整体进行了热力学、结构力学方面的计算,通过试验测试结果及后续实际使用,证明设计的集成结构完全满足使用要求。     

HLS储存环高频调制实验

在合肥光源(HLS)储存环上进行了高频调制实验, 结果表明采用调制频率接近同步振荡频率f_s的高频幅度或相位调制, 可以提高束流寿命. 而通常采用的是2f_s的调制方式. 实验测量了最佳调制频率和合适的调制度, 以及不同流强下调制引起寿命增长的程度. 同时观察到束流频谱中高次分量的降低, 这有利于抑制多束团耦合不稳定性.     

各向异性的费密系统超导转变温度及热力学性质

把超导体作为各向异性的费密系统，考虑到电子拓扑跃变情况下，利用三能带交迭模型计算出超导转变温度Ｔ_ｃ和化学势μ的关系，以及其它的热力学量。计算结果同实验进行了比较。 关键词：     

HIRFL新的束流分配系统

随着CSR的建成和兰州重粒子加速系统(HIRFL)实现质子加速,HIRFL现有的束流传输系统已不能满足越来越多的物理实验对供束时间的要求,为此,对原有的HIRFL的束流输运系统进行了分时供束改造,新的束流分配系统可以在给CSR供束和不供束两种情况下,同时使用SFC和SSC的束流在多个实验终端进行物理实验,介绍了新设计的HIRFL束流分配系统的布局和束流光学计算结果.     

BEPCⅡ直线加速器的束流调试和稳定运行

BEPCⅡ重大改造工程要求将对撞机的峰值亮度提高近百倍,并具有高积分亮度,为此必须对作为注入器的直线加速器进行重大改造,提供高能、强流、小发射度和小能散度的正负电子束,达到高注入速率(正电子50mA/min.)的要求.这对直线加速器各系统和束流调试是一个挑战.在成功建造了新电子源、新正电子源、新微波功率源、相位控制系统和束流轨道测量系统等的基础上,着重叙述了束流参数的调试结果,束流能量、能散度、发射度、传输效率均达到(或优于)设计指标.描述了束流参数稳定性的研究、改进和成功地达到稳定运行.最后简述了新建中的次谐波聚束系统,以进一步提高束流性能和注入速率.     

高功率微波缝隙耦合效应的试验研究

 利用高功率微波源对预设的11种不同尺寸的缝隙做了耦合效应试验，得到了这11种缝隙对试验波段的一般耦合特性。试验结果表明：窄缝的耦合效应有较强的极化特性；从波长与缝隙的长度相对关系对耦合效应的影响来看，波长与缝隙的长度相当时耦合效应最强；在UWB，L，S，X几个波段内，缝隙的宽度越窄，耦合效应越弱；缝隙的深度能明显影响其耦合效应，随缝深的增加，耦合效应逐渐减弱；辐射波脉宽变化对耦合效应基本没有影响。     

台肥储存环高频系统的调整

讨论了合肥光源高频系统参数对束流流强的影响。在合肥储存环闭轨校正实验中，发现束流轨道有较大的变化，为此对高频系统的频率、腔温等参数进行了必要的调整。此项工作对二期工程高频系统改造也具有指导意义。     

高能加速器中的低温超导技术

 高能物理与低温物理本是两个独立的研究领域,在各自的能量区域里并没有重叠.然而低温制冷和低温超导技术在高能物理和高能加速器中,显示了相当高的应用价值.     

基于SMES的超导电力集成研究超导限流贮能系统

本文探讨了基于SMES的超导电力集成的基本概念,分析了集成设计的基本原理.提出了一个基于SMES的超导电力集成应用实例:一种用于配电系统变电站应用的桥路型超导限流贮能系统(SFCL-MES),它既可以限制故障电流峰值和稳态值,也可以同时补偿系统电压,保证系统供电质量.讨论它的结构和集成原理,仿真试验验证了它的有效性.     

高功率微波辐射场功率密度测量系统

 根据功率密度大、脉冲短、形状不规则的特点，研制出一种能适应各种条件下使用的高功率微波功率密度测量装置。从已有的测量手段出发，比较其不同原理和适用性，选定了峰值检波法。根据实际工作需要，着重从结构及测量的可靠性、降低系统误差等方面，进行优化设计。该装置采用矩形波导和可靠性高的耦合衰减，利用示波器进行测量。最后详细地给出了测量系统的标定方法。     

高功率微波辐射场功率密度测量系统

根据功率密度大、脉冲短、形状不规则的特点,研制出一种能适应各种条件下使用的高功率微波功率密度测量装置。从已有的测量手段出发,比较其不同原理和适用性,选定了峰值检波法。根据实际工作需要,着重从结构及测量的可靠性、降低系统误差等方面,进行优化设计。该装置采用矩形波导和可靠性高的耦合衰减,利用示波器进行测量。最后详细地给出了测量系统的标定方法。