强流回旋加速器射频功率源末级谐振放大器的研制

为适应强流回旋加速器综合实验装置强流束调束需求,开展了对射频系统中功率源的末级谐振放大器的研制。功率源末级谐振放大器采用阴极驱动模式的三级真空电子管作为核心放大器件,充分地考虑了输入阻抗、输出调谐和输出耦合的调节需求,通过射频电路仿真和三维电磁场仿真等手段实现了对末级谐振放大器各参数的仿真。网络分析仪对末级谐振放大器的各项参数的测量表明:制造结果与设计参数高度一致;示波器对末级谐振放大器进行实验测试表明:8h假负载考验中功率稳定度好于1%,输出效率达70%,可为强流回旋加速器综合实验装置强流束调试提供射频功率的技术支持。     

强流质子回旋加速器射频功率源级间功率稳定性研究

本文对强流质子回旋加速器射频功率源固态放大组合与电子管末级间的功率稳定性进行了研究和分析,针对实验中表现出来的不稳定现象进行了计算和仿真。结果表明,灯丝在室温和运行状态下所导致的级间电压驻波比系数（VSWR）分别为1.06和6.89;末级输入调节电容随平行板电容间距变化过于剧烈。通过阻抗匹配仿真、三维电磁场仿真及实验研究解决了由灯丝阻抗变化导致的末级输入端VSWR过大问题,并将输入调节电容的敏感度由每0.5 mm改变10 pF降至每5 mm改变1 pF。     

基于IOT放大器的微波功率源在超导直线加速器上的应用

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）的直线加速器由两个4-cell超导加速腔构成,每个加速腔的激励由1套基于感应输出管（IOT）放大器的L波段微波功率源（25 kW）提供。本文介绍了微波功率源的基本原理、组成结构和调试过程,以及微波功率源在功率耦合器老炼平台和超导直线加速器上的一些实验结果。微波功率源安装调试后工作稳定,两套微波功率源的主要参数均达到设计要求。超导直线加速器的幅值稳定度和相位稳定度分别为0.04%和0.08°,优于设计指标。     

合肥光源高功率固态放大器的研制

研制了一台高频高功率全固态放大器（SSA）,用于合肥光源800 MeV电子储存环高频系统的带束流运行。固态放大器的功率合成系统可按8×6或8×8方式进行组合,各有48个和64个功放模块参与功率合成。测量了功率分配器和合成器各端口的S参数及功放模块的增益特性,功放模块输出650 W时的增益为24 dB,分配器和合成器公共端的驻波比均优于1.07。进行了高功率测试,两种组合的输出功率分别达到33 kW和45 kW,合成效率约为95%。固态放大器目前运行于48路合成方式,输出功率为20 kW时,储存环束流流强达到460 mA,束流功率为7.5 kW。     

功率射频研究试验系统研究进展

高功率射频技术是强流加速器技术的基础。建立高功率射频研究实验系统,为的是进行高功率射频元件、射频材料和射频测量技术研究,解决强流加速器射频系统的关键技术与设备,推动强流加速器的发展。 射频研究试验系统主要由稳定射频激励源、速调管放大器、高压脉冲调制器、水冷系统、波导传输系统、大功率测量装置和低功率监控装置组成。 系统的方案设计已完成。现已完成了稳定射频激励源设计。该激励源由稳频信号源和固态功率放大器组成。工作频率2856MHz,8h内的频率稳定度5×10-7,输出脉冲功率大于350W,脉冲宽度18μs,脉冲重复频率450～650Hz。射频激励源已按设计要求外协加工。     

基于外中子源强度的ADS次临界堆堆芯功率控制

加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven subcritical System,ADS)可用于发电、增殖和嬗变等多种用途。在瞬态变工况时,需要实现功率的准确调节,以保证反应堆瞬态的安全性。我国自主设计的加速器驱动嬗变研究装置CIADS(China Initiative Accelerator Driven System)次临界反应堆仅依靠加速器外中子源强度实现对堆芯功率调节。为研究基于外中子源强度的CIADS堆芯控制响应特性,采用集总参数法建立堆芯非线性模型,利用微小扰动线性化方法对堆芯非线性模型进行线性化处理,建立双输入双输出的堆芯状态空间模型。基于该模型设计堆芯功率模糊PID(Proportional Integral Derivative)控制器,开展扰动控制仿真。研究表明:在不同外中子源相对强度扰动或堆芯进口温度扰动下,采用模糊PID控制器可实现对堆芯相对功率的良好控制。     

2MeV行波电子直线加速器自动频率控制系统

在电子直线加速器中,微波功率源输出频率的稳定性非常重要,它直接影响到加速器整机的物理性能指标。由于微波功率源磁控管的输出频率会随外部工作环境变化而发生漂移,所以必需在电子直线加速器中采用自动频率控制(AFC)系统。讨论了2MeV小型行波电子直线加速器AFC系统的设计要素,分析了微波信号的鉴频原理及鉴频模块的测试结果。结合实际的工作环境,测试了信号处理单元主要功能模块的输出,并对测量结果的精度进行了分析。     

4 44MHz高频功率源的初步设计

44MHz高频功率源为100MeV强流回旋加速器的粒子加速提供能量，高频功率源的稳定度直接关系着束流的品质，因此，高频功率源在提供高功率的同时，也要考虑频率稳定、电压稳定和相位稳定。     

NNBI射频功率源输出功率控制系统设计

设计了一种改进型射频功率源输出功率控制系统,解决了现有射频功率源使用中存在的输出功率稳定性与控制精度不足等问题,预期将应用于中国聚变工程实验堆（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）负离子源中性束系统（Negative Ion Based Neutral Beam Injection System,NNBI）。采用ARM+CPLD双核设计的软、硬件分离控制结构,保障输出功率控制算法运行效率;采用数字化信号控制方法,实现输出功率的高精度控制;通过精确采样射频功率源实际输出功率和闭环功率控制方法设计,实现输出功率的高稳定性控制。对射频功率源样机进行输出功率控制系统模拟负载测试,结果表明：在额定输出功率为50 kW时,输出功率的控制精度高于0.1%、稳定性波动小于0.5%、人机交互软件功能完善。该方案预期可以搭配阻抗匹配网络满足CFETR NNBI射频功率源对输出功率控制的性能要求。     

10MeV行波加速管耦合器的设计

在行波加速器中,为使微波功率以较小的反射馈入加速管中,及将剩余的功率耦合到输出波导中,均需用耦合器实现阻抗匹配和波形转换。对于这样的耦合器必须满足以下几点要求：1）必须与输入波导很好的匹配,以利于耦合进最大的功率,以达到最大的加速梯度;2）必须工作在谐振频率,且要求功率是以恰当的相位在结构中前进;3）对束流必须有最小的负作用;4）耦合器的表面场不能高于内部场。     

44 MHz高频功率源的初步设计

44MHz高频功率源为100MeV强流回旋加速器的粒子加速提供能量,高频功率源的稳定度直接关系着束流的品质,因此,高频功率源在提供高功率的同时,也要考虑频率稳定、电压稳定和相位稳定。为满足上述要求,高频功率源主回路包括数字频率合成器、幅度和相位调制器、300W固态放大器、10kW中间级功率放大器、100kW末级功率放大器等。数字频率合成器可保证振荡器的输出频率满足频率稳定度的要求。它可通过改变分频比方便地将工作频率在43~45MHz间调节,频率稳定度优于±3×10-8,频率步进可变。幅度和相位调制器使系统工作在设定的功率水平上,以达到D…     

基于IOT放大器的微波功率源在超导直线加速器上的应用

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)的直线加速器由两个4-cell超导加速腔构成,每个加速腔的激励由1套基于感应输出管(IOT)放大器的L波段微波功率源(25 kW)提供。本文介绍了微波功率源的基本原理、组成结构和调试过程,以及微波功率源在功率耦合器老炼平台和超导直线加速器上的一些实验结果。微波功率源安装调试后工作稳定,两套微波功率源的主要参数均达到设计要求。超导直线加速器的幅值稳定度和相位稳定度分别为0.04%和0.08°,优于设计指标。     

射频超导腔前向功率耦合器的研制

25 MeV超导直线加速器是中国加速器驱动次临界反应堆系统(China Initiative Accelerator DrivenSystem,CiADS)的一个预研装置,在该预研装置中,其核心加速部件超导腔的低温性能至关重要。前向功率耦合器是超导腔的重要组成部分。目前国内前向功率耦合器的机械结构大部分采用拉杆结构,其结构简单,低温下(4 K)能够稳定运行,但是空间利用率低,并且不具备普适性。针对25 MeV超导直线加速器多腔型的特点,设计开发了一种能够弥补传统耦合器不足的滑轮式前向功率耦合器,工程内应用结果表明:滑轮式前向功率耦合器结构简单,低温下运行稳定,空间利用率高,能满足工程内各种腔型测试要求。     

250MHz固态功率放大器的设计

固态功率源代替真空管功率源设备是目前射频功率源系统的发展趋势。本文介绍了一台工作在250 MHz的固态功率放大器模块的设计过程。放大器模块使用荷兰恩智浦半导体公司生产的BLF578XR型号晶体管,并且采用传输线匹配和集总元件匹配相结合的方式进行设计。通过理论计算得到匹配网络的初始值,并利用ADS(Advanced Design System)软件对匹配电路进行仿真和优化。测试结果表明,该功率放大器模块输出功率达到了850 W,功率增益达到了26 d B,功率附加效率达到60%。结果表明,该设计完全达到了系统设计要求的性能指标,并具有较强的实用性。     

等梯度电子直线加速器的功率和场强

本文在沿等梯度盘荷波导的分路阻抗不为常数的情况下,对等梯度加速器的功率和场强的基本理论进行了讨论,推导了有束流负载时的功率和场强的计算公式,并分别以分路阻抗沿加速腔线性变化和二次变化为例,对功率和场强作了具体而系统的阐述,最后,给出了在分路阻抗线性变化下等梯度盘荷波导工程设计的数据图表。     

高功率固态脉冲调制器关键技术研究

为了满足自由电子激光装置对于直线加速器微波功率源更新更高的性能指标,设计了基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)模块为开关的大功率固态调制器系统。调制器采用感应叠加拓扑结构,设计输出峰值脉冲功率13 MW,脉冲电压130 kV,脉冲电流100 A。详细介绍了大功率调制器的单元电路以及单元模块中关键的辅助电路,包括开关管的保护电路、阻尼吸收回路、去磁电路和补偿电路。利用软件对调制器系统进行模拟仿真,并对可能出现的模块差异性进行比较。结果表明,感应叠加型固态脉冲调制器技术是可行的。     

电子直线加速器的能量倍增器

研制了用于电子直线加速器的能量倍增器。试验结果表明,装置可靠地工作于输入功率电平14.5 MW(脉冲宽度3μs),输出峰值功率增益达7dB,用于BEI—1电子直线加速器,加速能量得到>1.45的增益。     

5MW低功率堆功率自动调节系统的设计计算与试验

本文论述了5MW 低功率堆(5MW LPR)功率自动调节系统的理论分析。通过对系统传递函数的研究判别了其稳定性,同时给出了在反应性阶跃扰动下系统输出的数学表达式,并经试验验证其实际动态指标满足了设计要求。     

强流栅控电子枪设计分析

电子枪是超高真空电子器件,可用于各类加速器的束流源与功率源中,是加速器与微波电子管的主要与关键部件之一.结合某辐照加速器电子枪实际需要,对其束流光学系统进行了计算机模拟和优化设计.模拟结果表明该电子枪在80 kv高压下工作时,输出电流可以达到5 A以上,束流发射度、枪区电场以及束腰半径可以满足该加速器运行的需要.电子枪...     

用252Cf源转换法刻度CFBR-Ⅱ堆功率

功率是CFBR-Ⅱ堆的重要基准数据之一,实验采用252Cf源转换法刻度功率。介绍了功率刻度的实验原理,并对测量结果进行了分析讨论。实验过程中充分考虑了能量“平响”、“点源”近似等因素对测量结果的影响,通过功率刻度获得了不同功率典型点对应的仪表指示,252Cf源转换法刻度功率的合成标准不确定为7%。