ADS中β强流超导加速腔物理研究

发布时间：2021-04-27 11:07

　　针对我国核能可持续发展中“核废料安全处置”的需求,中国科学院于2011年启动先导专项“中国加速器驱动次临界系统”（China Accelerator Driven Subcritical system,CADS）的研究。CADS装置基于一台1.5GeV、10 mA连续波运行的超导直线加速器,提供质子束流轰击靶材料,产生中子进而维持次临界反应堆的链式反应。CADS直线加速器中、高能加速段主要采用两种几何β（0.63和0.82）超导椭球腔。本论文主要针对频率为650 MHz、几何β为0.63超导椭球腔的关键物理问题进行研究;同时与最优β为0.67的三间隙Spoke超导加速腔进行了对比研究。研究表明,对于CADS加速器中能段,超导椭球腔相比于三间隙Spoke腔具有很大的优势。论文首先分析了CADS中能段超导椭球腔的设计难点,给出了该超导腔设计优化的原则和流程。通过反复迭代优化,完成了该强流超导腔的设计,其性能满足项目的工程要求。超导腔的电磁性能优于国际上现有的同类型超导腔。作者利用Multipac 2.1对超导椭球腔的multipacting效应进行了模拟,结果显示腔体内不存在因结构因素而产... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究状况
        1.2.1 美国散裂中子源（SNS）
        1.2.2 欧洲散列中子源（ESS）
        1.2.3 超导直线加速器（SPL）
        1.2.4 PIP-II直线加速器
    1.3 论文创新点
    1.4 论文主要工作
第二章 射频超导腔基本理论
    2.1 超导特性
    2.2 腔体基础知识
        2.2.1 腔体的模式
        2.2.2 加速电场
        2.2.3 表面峰值场
        2.2.4 腔体的微波损耗
        2.2.5 分路阻抗
    2.3 限制超导腔性能的主要因素
    2.4 多cell椭球腔简介
第三章超导椭球腔设计
    3.1 强流超导椭球腔的设计原则和流程
    3.2 超导椭球腔参数选择
        3.2.1 cell数的选择
        3.2.2 谐振频率的选择
        3.2.3 加速器梯度的选择
    3.3 电磁优化设计
    3.4 Mutipacting模拟
    3.5 超导椭球腔体功率耦合
    3.6 超导椭球腔与多间隙Spoke的比较
第四章 高阶模分析
    4.1 高阶模（HOMs）的激励
        4.1.1 单极模的激励
        4.1.2 二极模的激励
    4.2 HOMs与束流相互作用
        4.2.1 单极模
        4.2.2 二极模
    4.3 HOMs导致的功率耗散
第五章 超导椭球腔失谐分析
    5.1 超导腔氦槽设计
    5.2 超导腔失谐因素物理机制
        5.2.1 氦压波动效应
        5.2.2 洛伦兹失谐
        5.2.3 麦克风效应——机械振动
    5.3 超导椭球腔失谐分析与结构优化
        5.3.1 氦压波动分析与优化
        5.3.2 洛伦兹失谐分析
        5.3.3 超导腔系统模态分析
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 进一步的工作方向
参考文献
附录 Ansys超导椭球腔仿真代码
    1 Workbench嵌入APDL代码计算氦压敏感度系数
    2 计算洛伦茨失谐代码
作者简介及在期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊.  中国科学院院刊. 2012(03)



本文编号：3163358