CSNS-Ⅱ低β超导椭球腔的电磁设计
发布时间：2021-09-03 13:27
为中国散裂中子源二期工程（Chinese Spallation Neutron Source-Ⅱ,CSNS-Ⅱ）设计了一种低β超导椭球腔,利用2D程序SUPERFISH对该腔体的单元尺寸和高频等设计参数进行优化,获得的工作频率为648 MHz,几何β（βg）为0.47,单元个数为5,峰值电场比Epk/Eacc、峰值磁场比Bpk/Eacc和轴向电场平整度分别为3.35、6.1 mT?（MV/m）-1和98.42%。通过2D软件MultiPac和3D软件CST粒子工作室（Computer Simulation Technology Particle Studio,CST PS）分析了优化后腔型的二次电子倍增情况,2D结果显示在峰值场0～80 MV?m-1区间,二次电子发射系数小于1,表明整个腔体不会发生Multipacting（MP）效应。与2D结果不同,3D结果表明在椭球赤道位置存在MP效应,但在赤道处引入一个小凸起,并进行适当的后处理...
【文章来源】：核技术. 2020,43(08)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Qe与L&D的变化关系
CSNS-II直线段升级有三种预备方案，分别在DTL加速器后接：1)324 MHz double-spoke(dspoke),648 MHz Superconducting Radio-Frequency accelerator(SRF）β=0.65;2)648 MHz single-spoke(s-spoke),648 MHz SRFβ=0.65;3)648 MHz SRFβ=0.47,648 MHz SRFβ=0.65，第三种方案如图1所示。射频超导谐振腔可以在连续波模式或长宏脉冲模式下提供高的加速梯度，在国际上已大规模地应用到粒子加速器领域。在β=0.5左右，轮辐腔（Spoke）与椭球腔均可用，CSNS-II在80～150 MeV能量段设计的三种超导腔，其电磁参数如表2所示。与两种轮辐腔（Spoke）相比，低β椭球腔的优点如下：在相同加速梯度下，具有更高的峰值电场和磁场；结构简单，加工、清洗及后处理更容易。其缺点：Spoke腔具有更高的分路阻抗；低β椭球腔机械性能不如Spoke腔稳固。目前，意大利TRASCO[6]以及韩国PEFP[7]二期工程等都有计划在100 MeV能量段采用低β椭球腔。
椭球腔的单个单元关于束线具有对称性。图2为单个单元1/4剖面图和形状参数。其中：1)L为单元长度。对于CSNS-II,L=(1/2）βλ=108.72 mm。2)Ri为单元iris半径。3)B为赤道椭圆长半轴，A为赤道椭圆短半轴。4)b为iris椭圆长半轴，a为iris椭圆短半轴。5）α为腔壁倾斜角度。6)D为单元直径。CSNS-II 5-cell低β椭球腔3D模型如图3所示，腔型优化步骤：首先对中间单元进行参数优化，其次优化两个端部单元，最后为CST精调电场平整度及主耦合器位置计算。椭球腔微波参数优化最常用的程序是二维有限元软件SUPERFISH，文中采用了Mathematica、SUPERFISH[10-11]及CST共同计算，提高了优化效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RF design of 650-MHz 2-cell cavity for CEPC[J]. Hong-Juan Zheng,Jie Gao,Ji-Yuan Zhai,Peng Sha,Fei-Si He,Zhong-Quan Li,Song Jin,Zheng-Hui Mi,Jian-Kui Hao. Nuclear Science and Techniques. 2019(10)
[2]Study of medium beta elliptical cavities for CADS[J]. 温良剑,张生虎,李永明,王若旭,郭浩,张聪,贾欢,蒋天才,李春龙,何源. Chinese Physics C. 2016(02)
[3]1500MHz 5-cell超导腔的仿真优化[J]. 杨峻,马震宇,王岩,侯洪涛,李正,罗琛,毛冬青,是晶,刘建飞. 核技术. 2015(06)
[4]325 MHz spoke腔的二次电子倍增效应[J]. 徐波,李中泉,沙鹏,王光伟,潘卫民,何源. 强激光与粒子束. 2012(11)
[5]Introduction to the overall physics design of CSNS accelerators[J]. 王生,方守贤,傅世年,刘渭滨,欧阳华甫,秦庆,唐靖宇,韦杰. 中国物理C. 2009(S2)
[6]中国散裂中子源简介[J]. 韦杰. 现代物理知识. 2007(06)
[7]700MHz单cell超导腔洛伦兹力失谐分析[J]. 葛明骐,赵升初. 高能物理与核物理. 2005(04)
硕士论文
[1]ADS中β强流超导加速腔物理研究[D]. 温良剑.中国科学院研究生院(近代物理研究所) 2016
本文编号：3381197
【文章来源】：核技术. 2020,43(08)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Qe与L&D的变化关系
CSNS-II直线段升级有三种预备方案，分别在DTL加速器后接：1)324 MHz double-spoke(dspoke),648 MHz Superconducting Radio-Frequency accelerator(SRF）β=0.65;2)648 MHz single-spoke(s-spoke),648 MHz SRFβ=0.65;3)648 MHz SRFβ=0.47,648 MHz SRFβ=0.65，第三种方案如图1所示。射频超导谐振腔可以在连续波模式或长宏脉冲模式下提供高的加速梯度，在国际上已大规模地应用到粒子加速器领域。在β=0.5左右，轮辐腔（Spoke）与椭球腔均可用，CSNS-II在80～150 MeV能量段设计的三种超导腔，其电磁参数如表2所示。与两种轮辐腔（Spoke）相比，低β椭球腔的优点如下：在相同加速梯度下，具有更高的峰值电场和磁场；结构简单，加工、清洗及后处理更容易。其缺点：Spoke腔具有更高的分路阻抗；低β椭球腔机械性能不如Spoke腔稳固。目前，意大利TRASCO[6]以及韩国PEFP[7]二期工程等都有计划在100 MeV能量段采用低β椭球腔。
椭球腔的单个单元关于束线具有对称性。图2为单个单元1/4剖面图和形状参数。其中：1)L为单元长度。对于CSNS-II,L=(1/2）βλ=108.72 mm。2)Ri为单元iris半径。3)B为赤道椭圆长半轴，A为赤道椭圆短半轴。4)b为iris椭圆长半轴，a为iris椭圆短半轴。5）α为腔壁倾斜角度。6)D为单元直径。CSNS-II 5-cell低β椭球腔3D模型如图3所示，腔型优化步骤：首先对中间单元进行参数优化，其次优化两个端部单元，最后为CST精调电场平整度及主耦合器位置计算。椭球腔微波参数优化最常用的程序是二维有限元软件SUPERFISH，文中采用了Mathematica、SUPERFISH[10-11]及CST共同计算，提高了优化效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RF design of 650-MHz 2-cell cavity for CEPC[J]. Hong-Juan Zheng,Jie Gao,Ji-Yuan Zhai,Peng Sha,Fei-Si He,Zhong-Quan Li,Song Jin,Zheng-Hui Mi,Jian-Kui Hao. Nuclear Science and Techniques. 2019(10)
[2]Study of medium beta elliptical cavities for CADS[J]. 温良剑,张生虎,李永明,王若旭,郭浩,张聪,贾欢,蒋天才,李春龙,何源. Chinese Physics C. 2016(02)
[3]1500MHz 5-cell超导腔的仿真优化[J]. 杨峻,马震宇,王岩,侯洪涛,李正,罗琛,毛冬青,是晶,刘建飞. 核技术. 2015(06)
[4]325 MHz spoke腔的二次电子倍增效应[J]. 徐波,李中泉,沙鹏,王光伟,潘卫民,何源. 强激光与粒子束. 2012(11)
[5]Introduction to the overall physics design of CSNS accelerators[J]. 王生,方守贤,傅世年,刘渭滨,欧阳华甫,秦庆,唐靖宇,韦杰. 中国物理C. 2009(S2)
[6]中国散裂中子源简介[J]. 韦杰. 现代物理知识. 2007(06)
[7]700MHz单cell超导腔洛伦兹力失谐分析[J]. 葛明骐,赵升初. 高能物理与核物理. 2005(04)
硕士论文
[1]ADS中β强流超导加速腔物理研究[D]. 温良剑.中国科学院研究生院(近代物理研究所) 2016
本文编号：3381197
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3381197.html
