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。

介绍了介质壁加速器(DWA)的原理和几种可能实现的结构。通过对多层介质圆柱的平面波电磁散射的研究，用FORTRAN语言编写程序计算和分析了DWA加速管三层介质柱体结构的平面波电磁散射的散射宽度与几何结构参数、材料参数的关系，用以优化设计介质壁加速管结构。计算结果表明：当加速管材料和等势环介电常数一定时，平面波电磁散射宽度随半径增大而增大；当加速管内外径一定时，加速管材料和等势环介电常数增大时散射宽度变化不明显，但最小散射宽度显著减小。当加速管半径和材料一定时，总能找到使散射宽度达到最小的等势环介质厚度。

为了降低500 mA直流高压加速管高梯度区的电位梯度,对加速管轴向绝缘结构进行优化设计.首先分析了沿面闪络的机理和该加速管轴向绝缘体结构.根据SEEA理论并通过数值模拟,发现阴极、真空和绝缘体三结合点处电场畸变是产生高场强的原因,并分别对4种绝缘体结构进行模拟分析,最终确定出比较理想的结构:绝缘体沿面与阴极电极夹角为+45°,绝缘体两端开槽并均匀嵌入金属电极环,绝缘体均匀嵌入阳极电极片内.

4 MV静电加速器由高压系统、离子源及束流系统、控制系统和气体系统四部分组成.调试中出现了离子源不起弧、加速管破裂、控制系统失灵和输电带输电能力降低等技术问题,分析了出现这些问题的原因,然后分别采取了相应的措施加以解决:变换工作流程,在每次关机前先把引出电压降为零,开机时等离子源起弧后再把引出电压升到预定值;对过渡法兰进行车加工,重新封装;对高压端的控制设备采取屏蔽措施,在输入、输出端使用TVS二极管,对控制软件进行抗干扰设计;对绝缘气体进行循环干燥等.调试出了流强为100 μA、能量在3 MeV以上的稳定质子流.

为了发展结构紧凑、小束斑加速器,进行了C波段驻波电子直线加速器加速管的物理设计和研究.利用多级聚束和大孔径注入方法,抑制空间电荷效应.加速管由3个聚束腔和4个加速腔组成,长约163 mm,馈入微波功率源1 MW.在最终的数值模拟中,得到脉冲电流约150 mA,俘获效率优于30%,在加速管出口外约14 mm处,对电子的横向分布进行非线性Gauss拟合,得到束斑直径(FWHM)约为0.55 mm.

用二维全电磁数值模拟方法研究了轴向加速管,虽然没有实现理想群聚,但通过加一个中间腔,大大提高了前两阶谐波电流分量,其中一阶谐波电流调制系数达到了140%,二阶谐波电流调制系数达到了68%.通过对提取腔的设计,可以选择地输出不同的频率,其中一次谐波频率为2.2GHz,输出功率1.25GW,效率9.33%;二次谐波频率为4.4GHz,输出功率0.48GW,效率3.6%.

利用工程设计分析软件I-DEAS,对高功率加速管的冷却系统进行了计算机辅助设计研究,并通过对不同冷却条件下加速管的温度场、冷却系统的冷却效果进行的数值模拟,实现了加速管冷却系统的优化设计.这可为高束流功率低能电子直线加速器的设计提供参考.

讨论了三间隙强流离子加速管的聚焦特性,计算了各种能量下离子束聚焦情况,并分析了抑制空间电荷效应所需要的电场强度.最后总结了三间隙加速管设计和调试应注意的问题.

ELV-8型加速器的加速管分为变梯度加速管段和等梯度加速管段两部分。阴极为六硼化镧平面阴极。电子束的聚焦采用变梯度场聚焦,使电子束成为层流束。电子枪的平面电极使得阴极发射面前的电场均匀,从而使得加速管的电子光学系统对初始条件不过于敏感,而便于电子枪的替换。