THz-FEL直线加速器线型脉冲调制器及控制系统改进研究

发布时间：2020-08-14 20:02

【摘要】：线型脉冲调制器和控制系统是THz-FEL直线加速器中两个重要的组成部分,前者影响加速器束团品质,后者影响加速器运行以及工作效率。本文主要在THz-FEL直线加速器线型脉冲调制器和控制系统初步完成的基础上,对两者存在的问题进行了分析,并对两者进行了改进。论文分析了线型脉冲调制器链型脉冲形成网络(PFN)的理论及其放电过程,推导和计算了调制器高压脉冲抖动与加速器束团不稳定性之间的关系。建立了THz-FEL线型脉冲调制器电路仿真模型,仿真分析了链型PFN各节电感对脉冲波形的影响。计算了THz-FEL对调制器高压脉冲抖动的要求,提出了脉冲调制器的改进方案,对改进前后的速调管阴极高压脉冲抖动进行了测量和分析。针对THz-FEL直线加速器控制系统存在的问题,提出了运用LabVIEW统一编译环境,采用客户机/服务器结构以及EPICS与LabVIEW的接口CALab实现各系统之间数据通信的方案。利用LabVIEW完成了电子枪调制器控制系统程序开发,该程序具有远程控制、数据采集显示和状态报警等功能。利用CALab搭建了上位机通信系统,完美解决分布式控制系统中多个LabVIEW程序间的通信问题。在此基础上利用真空的好坏程度实现了微波功率的闭环控制,开发了数据记录程序,为THz-FEL庞大的系统运行参数提供了一键读取、保存和打印等功能。上位机通信系统的搭建,为后续进一步改进控制系统提供了技术基础。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL53;TN787
【图文】：

电磁工程,电源室,相干光波,微波功率源

华中科技大学硕士学位论文动中重新分布，发生群聚，群聚后的电子束团做扭摆运动同样产生辐射，其起群聚的辐射波长相同，使初始辐射光相干放大，如此往返直至饱和输出，率相干光波[12]。华中科技大学应用电磁工程研究所 THz 源课题组致力于研制基于自由电子型化、可移动 THz 源，承担了紧凑型自由电子激光太赫兹源（Compachertz Radiation Source，HUST THz-FEL）的研制工作。THz-FEL 装置如图其中电子枪、加速管、输运线、波荡器、聚焦和偏转磁铁等主体设备放置在，微波功率源及磁铁电源等放置在电源室，控制系统、束流测量和功率测量序系统放置在控制室。

波形,负载电压,波形,电压反射系数

0 LRL L( ) 2U Ri t u t u t u t u tR R (2-35)式（2-35）中 u(t)为单位阶跃函数。将链型 PFN 看成一段传输线，引入电压反射系数 Ku，其值可以表示为：LLuRKR (2-36)又如图 2-3 所示，负载上电压可以表示为： 0LR RL1( ) ( ) 22uuRK Uu t i t u t u t K u t u tR (2-37)式（2-37）说明，以 τ 为一个周期，在 nτ ≤ t ≤ (n+1)τ 内，负载上电压为： 0R1( )2nnuuK Uu t K (2-38)式（2-38）中，n = 0，1，2，···。根据 RL和 ρ 的大小关系，可以得到当 Ku等于 0，大于 0 和小于 0 时，三种不同的负载电压波形，如图 2-4 所示。

等效电路图,节链,等效电路

即 Ku> 0 时，为正失配状态，此时可以得到比匹配状态高效率较低，脉冲后沿加大，会出现台阶，失配越大台阶越高，后 PFN 上残留的正向电压可能导致软开关管在下一个充电周期，造成“连通”现象，一般很少采用正失配电路。< ρ，即 Ku< 0 时，为负失配状态，在一个脉冲周期之后 PFN 上开关管消电离，使其迅速恢复截止状态，但为了避免开关管反向端加入反峰电路，一方面限制过大的反向电压保护开关管，另一的负电压保证充电的稳定性，实际电路中多采用轻微负失配电路 PFN 放电过程分析工程应用中，链型 PFN 中 LC 单元的节数不可能无限多，因此其所区别，其放电时在负载上形成的脉冲也不可能是理想的矩形脉 LC 单元的链型 PFN 为例，如图 2-5 所示，分析其放电过程。

【参考文献】