QWR超导腔精密调谐器的设计

发布时间：2020-06-11 14:01

【摘要】：超导腔是超导直线加速器的重要部件,低温下腔体运行频率的稳定性影响了粒子加速的效果。调谐器与低电平组成的自动调谐系统可消除由于氦压波动,洛伦兹失谐,束流负载效应,麦克风效应导致的超导腔频率的波动。调谐器的设计需要综合考虑加速器腔型,工况条件,调谐精度,响应时间等因素。25MeV超导直线加速器调谐系统脱环现象严重,设计了实验对其进行离线测试。实验测试了CM1,CM2,CM3中超导腔调谐器工作线性度、回程差以及直线单元的线性度和回程。同时,对调谐器的杠杆机构和剪叉机构进行了力学分析;对HWR超导腔在不同状态下进行了电磁模拟;仿真结果与实验结果吻合。通过此阶段的工作,找到了脱环现象的原因,提出了改进方案,并为接下来精密调谐器的设计提供了技术支持。本论文中QWR腔为铜镀铌腔,β值为0.13,本征频率为162.5MHz,带宽为200 Hz。以25MeV超导直线加速器调谐器为基础,以QWR腔频率稳定为目标,以微扰理论为依据,选取快慢调谐同步协作的方式完成了精密调谐器的结构设计。使用Solid Works、COMSOL软件确定了1.1mm厚的U型调谐盘适合QWR调谐需求其调谐范围为28 kHz,最大调谐力为1500N。以此为依据对快调谐驱动—piezo和慢调谐驱动—步进电机进行了选型,选择了丝杠螺母配合步进电机将旋转运动转化为直线运动,实现调谐。设计了测试工装对piezo特性进行测试;分析其在不同力作用下的工作线性度;并对调谐器零部件进行受力分析,分析结果显示在最大调谐力下调谐盘、调谐器零部件均满足工作要求。最后对精密调谐器进行了加工,设计了QWR腔模拟工装,搭建了调谐器测试平台,对调谐器进行了电机驱动大范围调谐测试、电机驱动小范围调谐测试、piezo驱动测试、响应测试。测试结果显示调谐器回程差为10μm,响应时间为0.2 ms,测试结果满足调谐器使用需求。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL53

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本文编号：2708012