强激光与粒子束
2021, 33(2): 024002
1 中国科学院 高能物理研究所, 粒子加速物理与技术重点实验室, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了使速调管陶瓷窗免受大功率微波反射信号的损伤, 延长速调管使用寿命, 要求当前反射信号功率超过阈值后, 系统能够在下一个脉冲到达之前发出报警信号, 进而切断触发信号, 实现对速调管的保护。提出了3种较高性价比、易实施的方案, 即PicoScope虚拟示波器的遮罩报警方案、基于自带检波和报警输出功能的芯片制作反射保护插件以及原功率计的升级改进。创新性地提出“3+1”反射保护响应时间测试法, 并对上述3种方案进行详细测试。最终后两种方案取得较好的结果, 综合考虑后, 将改进型功率计作为最终实施方案。目前该改进型功率计已稳定可靠地上线运行超过1年。
速调管 陶瓷窗 功率计 反射保护 微波 虚拟示波器 klystron ceramic window RF power meter reflection protection microwave virtual oscilloscope 强激光与粒子束
2019, 31(2): 025101
1 中国科学院 高能物理研究所, 粒子加速物理与技术重点实验室, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
Hybrid聚束器是一种同时包含驻波和行波电磁场的新型聚束器。为对其电场分布进行测量, 针对此种复杂电场分布的特点, 基于非谐振微扰原理, 研制了一套能够灵活简便操作、具有较高精度的场分布测量平台, 并使用该平台对Hybrid聚束器进行了场分布测量和调配。最终, 经过多次测量与调配, Hybrid聚束器的实际冷测微波性能与模拟计算结果符合较好, 轴向电场幅值平坦度显著提高, 各加速单元间的腔间相移明显改善, 使其满足设计要求。
Hybrid聚束器 谐振微扰法 非谐振微扰法 场分布测量与调配 hybrid buncher resonant perturbation measurement non-resonant perturbation measurement field distribution measurement and tuning 强激光与粒子束
2017, 29(6): 065104
1 中国科学院 高能物理研究所, 粒子加速物理与技术重点实验室, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
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。
多粒子束流动力学 边耦合电子直线加速器 multi-particle beam dynamics side coupled electron linac EGUN EGUN PARMELA PARMELA HFSS HFSS POISSON SUPERFISH POISSON SUPERFISH 强激光与粒子束
2017, 29(4): 045102
中国科学院 高能物理研究所,粒子加速物理与技术重点实验室, 北京 100049
设计了工作于S波段的波导耦合型预聚束器和束流相位探测腔.为了增加功率容量,预聚束器采用波导耦合机制代替了传统的同轴耦合环耦合,而偏心圆结构的设计能够补偿因耦合窗口的引入导致的径向电场不对称,进一步改善了强流束流品质.预聚束器设计指标与测试结果:耦合系数1.73,空载品质因数2195,腔体谐振频率的可调范围为2 854.55~2 856.9 MHz.为实现测量束流相对射频脉冲的时间,进行强流输入功率补偿,选择了能够在线进行束流相位实时测量的束流相位探测腔,采用旋转对称结构,并通过两个同轴耦合环提取束流通过时激发的感应信号,作为直线相控系统的参考信号.束流相位探测腔设计与测试结果:空载品质因数2392,3 dB带宽为2.05 MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45 MHz.所有器件的仿真设计与测试结果基本一致.
预聚束器 偏心圆结构 波导耦合 束流相位探测腔 S波段 prebuncher eccentric circle structure waveguide coupling beam phase cavity S-band 强激光与粒子束
2015, 27(7): 075102
中国科学院 高能物理研究所, 粒子加速物理与技术实验室, 北京 100049
随着波导式耦合行波加速管设计梯度的日益提高,为了防止加速管输入耦合器电场的横向动量在束流通过加速器耦合器时引起束流品质的下降,侧壁开有两个对称耦合孔的对称双馈圆柱腔获得了广泛的应用。研制的S波段J型波导馈电加速管即为双馈圆柱腔中的一种,研制样管在老练平台上老练时的最高加速梯度达到30 MV/m。然而因为四极场的存在,开有两个耦合孔的圆柱耦合腔内,仍然会引起轴向电场的幅度和相位在横向的梯度,从而使束流发射度变差。在理论上对J型波导馈电的跑道式耦合腔进行了研究,通过与圆柱腔进行比对模拟计算,证明跑道式耦合器可以很好地改善轴向电场在横向平面内非近轴区域沿圆周的场强一致性,从而减小四极场的影响。重要的是,J型波导馈电跑道式耦合腔的机械加工、测试比圆柱腔更加容易实现,是未来双馈加速器发展的一个理想方向。
自由电子激光 S波段加速管 J型波导馈电 对称耦合 跑道式结构 free electron laser S-band accelerating structure J-type waveguide feeding symmetric coupled racetrack cavity 强激光与粒子束
2015, 27(4): 045109
根据能量倍增器的工作原理，对3 dB桥误差引起的能量倍增器性能变化进行了理论分析，并对BEPC和BEPCⅡ直线加速器所使用能量倍增器的3 dB桥误差进行了讨论，为判断焊接后3 dB桥桥臂波导变形提供了理论参考。结果表明：无论是功率分配不平衡，还是相位关系偏离，都会使部分功率反射回速调管。功率分配不平衡和微波相位关系偏离值越大，则功率倍增因子下降得越多。
能量倍增器 3 dB桥 加工误差 调试误差 BEPCⅡ直线加速器 RF脉冲压缩器 SLAC energy doubler 3 dB coupler error of mechanical fabrication error of microwave tuning BEPCⅡ linac RF pulse compressor
为了将BEPCⅡ直线加速器的正电子注入速率提高到单脉冲运行时的两倍左右, 提出了双脉冲产生和加速的方案.对BEPCⅡ直线加速器双脉冲加速的束流动力学进行了模拟, 首次给出了双脉冲的模拟方法.此外, 还在BEPCⅡ直线加速器上进行了双脉冲加速的初步实验研究, 为以后BEPCⅡ直线加速器的进一步改造提供了参考.
双脉冲 BEPCⅡ直线加速器 束流动力学 数值模拟 Two-pulse BEPCⅡ linac Beam dynamics Numerical simulation
采用Surperfish对北京正负电子对撞机的多条形电极束流能散度探测器进行了电磁场模拟计算.在带模拟束流的情况下,计算分析了探测器对束流位置和能散度的分辨能力与电极张角之间的关系,首次计算了条形电极间的电容耦合综合强度.电极张角优化结果表明:在不考虑噪声水平的情况下,电极张角为20°时,探测器的灵敏度和分辨率达到最优.而当噪声影响很大时,可以适当增加电极张角,同时考虑减小噪声的措施.
条形电极 电极张角 耦合强度 灵敏度 能散度探测器
为了进一步提高束流品质并逐步采用双束加速技术, BEPCII直线加速器准备采用带有两个次谐波聚束器的双次谐波聚束系统.目前, 该次谐波聚束系统的物理设计和优化已经基本完成.由于新设计的双次谐波聚束系统很不同于BEPCII现有的聚束系统, 因此, 就要求对聚束系统中存在的各种抖动(jitter)效应重新进行研究. 使用多粒子模拟计算程序PARMELA对电子枪的高压抖动和定时抖动、次谐波聚束器的相位抖动以及功率抖动、聚束器中加速电场相位以及A0加速管(俘获加速节)中加速电场相位的抖动等效应进行了研究, 并最终确定了聚束系统中各部件的物理公差要求.
物理公差 聚束系统 次谐波聚束器 抖动效应 PARMELA
