多间隙超导Spoke腔设计研究

发布时间：2021-12-28 11:56

　　中国科学院战略性先导科技专项ADS嬗变系统质子加速器是一台高流强、中等能量的质子直线加速器，它基于超导加速结构，连续波运行。三间隙β=0.52的超导Spoke腔被选为该项目中能段超导腔的备选腔型进行研究，为加速器驱动系统等大工程装置的建设储备技术基础。本论文首先对频率为325MHz，β=0.52的三间隙超导Spoke腔的电磁场设计进行研究，通过扫描腔体的几何参数，得到三间隙超导Spoke腔的电磁设计方案，达到了高梯度、高分路阻抗的要求。通过机械结构设计，对三间隙超导Spoke腔的结构分析以及结构电磁耦合分析进行研究，优化设计得到合适的加强筋，保证超导腔的机械强度和运行时的机械稳定性。并且，在考虑到国内现有的机械加工和真空电子束焊接的工艺水平基础上，研究设计了三间隙超导Spoke腔的加工方案。同时，本论文还分析了三间隙超导Spoke腔加工过程中部分加工量的误差以及其它因素对腔体频率的影响。最后，论文对三间隙超导Spoke腔的multipacting性质和横向场不对称踢束效应进行了深入研究。利用三维数值模拟计算工具，分析了腔体的multipacting行为，并对抑制三间隙超导Spoke腔m... 

【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】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 射频超导加速技术在质子或重离子加速器中的应用
        1.1.1 加速器驱动系统项目(ADS)
        1.1.2 散裂中子源项目
        1.1.3 放射性核素研究项目
        1.1.4 粒子物理研究项目
    1.2 质子与重离子超导加速结构
    1.3 Spoke 腔的发展情况
        1.3.1 超导 Spoke 腔的发展历程
        1.3.2 超导 Spoke 腔的研究现状
第二章 电磁优化设计
    2.1 表征超导腔电磁性能的重要参数
        2.1.1 加速梯度
        2.1.2 峰值电磁场比
        2.1.3 无载品质因数及几何因子
        2.1.4 分路阻抗
        2.1.5 轴向电场平坦度
    2.2 Spoke 腔的工作原理
        2.2.1 多间隙 Spoke 腔电路模型
        2.2.2 多间隙 Spoke 腔端加速间隙
    2.3 Spoke 腔电磁优化过程
        2.3.1 三间隙超导 Spoke 腔的要求
        2.3.2 电磁优化策略
        2.3.3 具体形状
            2.3.3.1 端盖
            2.3.3.2 Spoke 芯棒孔径处
            2.3.3.3 Spoke 芯棒基部
        2.3.4 耦合端口
    2.4 Spoke 腔最终结构
第三章 机械分析及加工工艺
    3.1 机械分析
        3.1.1 静态分析
            3.1.1.1 机械强度
            3.1.1.2 机械共振模式分析
        3.1.2 电磁机械耦合分析
            3.1.2.1 氦压波动
            3.1.2.2 调谐
    3.2 加工工艺
        3.2.1 加工流程
        3.2.2 加工过程对频率的影响
            3.2.2.1 加工误差对频率的影响
            3.2.2.2 各种端口对频率的影响
            3.2.2.3 焊接前整腔酸洗对频率的影响
第四章 Multipacting 和横向场不对称效应
    4.1 Multipacting 研究
        4.1.1 Multipacting 对超导腔性能的影响
        4.1.2 Multipacting 的理论阐述
            4.1.2.1 Multipacting
            4.1.2.2 Multipacting 的分类
        4.1.3 Multipacting 的研究工具
        4.1.4 Multipacting 的判定条件
        4.1.5 三间隙超导 Spoke 腔的 Multipacting 分析
        4.1.6 Multipacting 的抑制方法
            4.1.6.1 材料或者材料表面处理工艺
            4.1.6.2 腔体几何优化抑制
    4.2 横向场不对称效应研究
        4.2.1 横向场不对称效应
        4.2.2 横向场不对称效应的理论
        4.2.3 三间隙 Spoke 腔的横向场不对称效应
        4.2.4 横向场不对称效应的改善措施
            4.2.4.1 束管形状
            4.2.4.2 Spoke 孔径处形状
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 进一步工作的方向
参考文献
附录一 Spoke 孔径横向跑道与射频参数的关系
附录二 三间隙 Spoke 腔机械振动模式变形
作者简介及在学期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]C-ADS超导轮辐腔Spoke021的电磁设计与优化[J]. 杨玉章,何源,张生虎,张聪,岳伟明,蒋天才,贺守波,王若旭,徐孟鑫,黄玉璐,皇世春,张升学.  原子核物理评论. 2014(01)
[2]HWR超导腔设计和加工及低温测试（英文）[J]. 岳伟明,Zhang Shenghu,He Yuan,Chang Wei,You Zhiming,Guo Xiaohong,Xiong Pingran,Zhang Shengxue,Xu Mengxin,Guo Hao,Lu li,He Shoubo,Zhang Cong,Wang Ruoxu,Huang Shichun,Wang Fengfeng,Huang Yulu,Yang Yuzhang,Li Chunlong,Xue Zongheng,Zhang Rui,Zheng Hai,Shi Zhixiong,Wang Wenbin,Song Yukun,Su Hailin,Su Li,Zhu Zhenglong,Zhao Hongwei.  IMP & HIRFL Annual Report. 2012(00)
[3]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)
[4]Multipacting simulation and analysis of a taper quarter wave cavity by using Analyst-PT3P[J]. 张聪,何源,赵红卫,张生虎.  中国物理C. 2012(04)
[5]加强ADS技术研究 促进核能大规模可持续发展[J]. 夏海鸿,罗璋琳,赵志祥.  现代物理知识. 2011(04)



本文编号：3554015