强激光与粒子束
2022, 34(10): 104014
北京大学 重离子物理研究所 核物理与核技术国家重点实验室, 北京 100871
基于超导器的连续波运行的高流强质子/氘束被越来越多的大科学装置所采用。在流强低于10 mA情况下, 用于加速低β段粒子的超导腔的高阶模影响基本可以忽略, 但是对于加速百mA强流的低β超导腔, 其高阶模损耗情况有待研究。近期北京大学设计并加工了一支β=0.09、运行频率162.5 MHz的超导半波长谐振腔, 用于研究非相对论低β超导半波长谐振腔加速100 mA强流质子束时可能涉及到的关键物理问题。重点研究了这支半波长谐振腔内部高阶模损耗的问题, 用时域和频域两种方法分别计算了腔的高阶模损失因子, 同时计算了考虑加工误差下腔内发生高阶模共振激发的概率。
半波长谐振腔 高阶模式 损失因子 共振激发 half wave resonator cavity high order mode loss factor coherent excitation 强激光与粒子束
2017, 29(8): 085102
1 北京大学 核物理与核技术国家重点实验室, 北京 100871
2 北京北广科技股份有限公司, 北京 101312
北京大学3.5-cell直流超导(DC-SRF)光阴极注入器需要一台连续波功率20 kW的1.3 GHz微波功率源。为此北京大学和北京北广科技股份有限公司联合研制了一台由88个放大模块组成的固态微波功率放大器, 这是国内首台L波段连续波大功率固态功率源。在简要介绍这台微波功率放大器设计的基础上, 主要描述其调试过程和重要参数检测并着重讨论了全反射问题。测试结果显示这台功率源的各项参数均达到设计指标, 在输出功率20 kW时的效率为34%, 增益大于85 dB；在整个功率输出范围其增益和相移的变化分别为1.6 dB和9.5°。目前这台功率源已在DC-SRF光阴极注入器调试运行中稳定工作超过2000 h。
直流超导光阴极注入器 固态放大器 高度模块化 全反射 DC-SRF photoinjector solid state amplifier high modularity full reflection 强激光与粒子束
2016, 28(12): 125102
1 北京大学 重离子物理研究所, 北京 100871
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
北京大学正在设计β=0.09, 频率为162.5 MHz taper型的二分之一波长射频超导谐振腔(HWR腔),这种腔针对高流强质子束(约100 mA)和氘束(约50 mA)的加速而设计。对于这种超导腔而言机械性能分析是十分重要的,可以通过机械性能分析来估计由于腔体的形变带来的频率偏移。用ANSYS分析了由于液氦压力不稳定造成的麦克风效应以及洛伦兹力造成的腔体失谐,并且对沿腔体轴线方向的调谐进行了分析。模拟结果显示这只腔压力敏感系数为31.1 Hz/kPa,洛伦兹力系数为-0.41 Hz/(MV·m-1)2。 腔体的调谐范围达到±177 kHz,足够补偿腔体可能的频率偏移。腔体的机械性能满足腔体正常运行的要求。
二分之一波长谐振腔 调谐 洛伦兹力失谐 氦压波动失谐 half-wave resonator tuning Lorentz force detuning helium pressure detuning 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045103
介绍了北京大学光阴极注入器的核心部件3+1/2超导腔的机械性能的设计,通过ANSYS和SUPERFISH程序优化加强筋的个数和位置,解决了超导腔在脉冲条件下由于洛仑兹力引起的超导腔失谐以及当超导腔进行低温调谐时场平滑度变化过大的问题,同时针对复杂超导腔结构进行了低温调谐结构的设计.
超导腔 光阴极注入器 洛仑兹力失谐 调谐结构
设计了用于PKU-FEL注入器的腔式位置诊断装置.该BPM腔采用的偶极模TM110模的频率与PKU-FEL主加速器的基模频率一致,都是1.3 GHz；通过在圆形腔上镶入两个完全一致的矩形腔解决了腔式BPM的Cross-Talk问题. 根据PKU-FEL的设计要求,所设计的BPM腔的最小位置响应约10 μm,动态范围大于30 mm,时间响应小于束团间距.还估算了该BPM腔引起的束团功率损耗.结果表明,BPM腔引起的束团功率损耗是可以忽略的.
腔式BPM 位置分辨 时间响应 功率损耗
基于直流电子枪-超导加速腔(DC-SC)光阴极注入器样机的初步实验结果,北京大学提出了新的注入器的改进设计.新注入器核心结构包括皮尔斯枪和3+1/2超导腔.文章给出了它们的详细结构参数,然后采用程序,对注入器的束流动力学进行了模拟.结果发现:新注入器可以提供具有高束流品质、高平均流强的电子束,束团的电荷量100 pC,横向发射度低于2 mm·mrad,脉宽5 ps,rms束斑可达0.5 mm,重复频率81.25 MHz;也可以提供电荷量为300 pC低重复频率的高峰值流强的电子束,其横向发射度小于3 mm·mrad,脉宽约为9 ps,以满足北京大学自由电子激光(PKU-FEL)实验平台的要求.
超导加速腔 注入器 发射度 自由电子激光
1 北京大学重离子物理研究所,北京,100871
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
阐述了2-cell Telsa腔的设计.用3维程序HFSS分析了其高阶模的特点,给出了高阶模的主要参数频率、品质因数、分路阻抗以及模式的电场分布,并且π模的电场分布与Superfish的模拟结果相比较,两者是一致的.最后,简要分析了各高阶模对电子加速的影响,分析表明高阶模降低了电子加速效率和束流的稳定性.
2-cell腔 高阶模 电子加速 2-cell cavity HOMs HFSS HFSS Accelerating electron 强激光与粒子束
2005, 17(11): 1735
北京大学,物理学院,重离子物理研究所,北京,100871
激光与相对论电子束的康普顿散射可产生高亮度、超短脉冲、辐射波长可调、峰值亮度高的准单色、极化X射线.这是一种新型的激光同步辐射光源,以其造价低、小型紧凑等特点受到人们的重视,成为当前研究的热点.介绍了激光同步辐射光源的性质和特点,对利用北京大学超导加速器装置的电子束产生激光同步辐射进行了初步计算和设计,该波段X射线显示出了诱人的应用前景.
激光同步辐射光源 超导加速器 康普顿散射 超腔 Laser synchrotron source Superconducting accelerator Compton scattering Super cavity
北京大学,重离子物理研究所,射频超导组,北京,100871
北京大学射频超导实验室设计了新型超导光电子枪--DC-SC光阴极注入器,目标是为自由电子激光平台提供能量在2～3MeV,脉宽小于10ps,脉冲重复频率为81.25MHz,平均流强约为1mA的低发射度电子束.现在已经建成了DC-SC光阴极注入器实验平台,包括激光驱动光阴极系统,Pierce直流高压加速结构,1.3GHz 1+1/2纯铌超导腔,恒温器低温系统,4.5kW连续波微波系统,1/16分频与同步控制系统,束流诊断系统和能量分析系统等.并且完成了超导腔的静态实验,直流加速结构也经过了100μA低电流测试.实验结果符合设计要求,整体调试后即可以进行束载实验.
电子枪 光阴极 超导腔 低发射度 Electron gun Photocathode Superconducting cavity Low emittance FEL FEL 强激光与粒子束
2004, 16(11): 1385
