X波段高梯度加速结构及尾场效应研究
发布时间：2023-05-08 00:03
高能物理和光子科学的发展,对实验装置的能量提出了更高的要求,推进了加速器的发展。为了发现和研究新的物理现象,粒子对撞机的对撞能量需要提升一个量级。受限于安装长度,加速梯度也需要相应的提高。这同时迎合了紧凑型自由电子激光装置的发展需求,有利于实验室装置和医疗设备等装置的小型化。因此,高加速梯度是实现紧凑型直线加速装置的关键因素。为了实现高梯度的目标,斯坦福直线加速器中心(SLAC)、日本高能加速器研究中心(KEK)和欧洲核子研究中心(CERN)等机构,致力于研究X波段乃至更高频率的加速结构,并在测试装置NLCTA(Next Linear Collider Test Accelerator)、XTF(New X-band Test Facility)和CTF(Compact Linear Collider Test Facility)上进行了大量的研究。目前,X波段加速结构最高能获得120 MV/m的无束流负载稳定加速梯度,远高于S波段和C波段能达到的加速梯度。对于30GHz频率的加速结构,加速梯度可以在极短脉冲长度下实现150 MV/m,但是不能在多束团模式下稳定运行。随着精密加工技术、...
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 高梯度加速技术的应用
1.1.1 新一代电子直线对撞机
1.1.2 紧凑型自由电子激光
1.1.3 小型实验室装置
1.1.4 医疗及工业应用
1.2 X波段高梯度加速结构的发展状况
1.2.1 高加速梯度
1.2.2 尾场抑制结构
1.2.3 X波段微波单元发展
1.3 论文主要内容和创新点
小结
第二章 行波加速结构及其工作相关原理
2.1 波导传输线
2.2 谐振腔理论
2.2.1 圆柱谐振腔
2.2.2 Floquet定理
2.2.3 TM01模式电磁场
2.3 加速结构相关物理量
2.3.1 工作频率和品质因素
2.3.2 群速和相速
2.3.3 衰减因子
2.3.4 分路阻抗和表面阻抗
2.3.5 表面电磁场
2.4 功率传输与加速梯度
2.5 加速管调配
2.5.1 三频率法
2.5.2 反射系数法
2.5.3 非谐振微扰法
2.5.4 耦合器调谐
2.6 尾场理论
2.6.1 尾场的分类
2.6.2 尾场与阻抗
小结
第三章 用于FEL的X波段高梯度加速结构
3.1 设计方案分析
3.1.1 功率优化方案
3.1.2 尾场抑制方案
3.1.3 表面电磁场抑制方案
3.1.4 总体设计目标
3.2 加速结构腔链设计
3.2.1 腔链初步设计
3.2.2 腔链优化设计
3.2.3 设计结果
3.3 耦合器设计
3.3.1 两类耦合器研究
3.3.2 多极场效应研究
3.3.3 Racetrack双馈耦合腔
3.3.4 设计结果
3.4 加速结构的制造和测量
3.4.1 加工与焊接
3.4.2 腔链测量
3.4.3 耦合器测量
3.4.4 加速结构调谐
3.5 高功率及束团线性压缩实验
3.5.1 高功率实验
3.5.2 束团线性压缩实验
小结
第四章 CLIC380 X波段高梯度加速结构
4.1 加速结构设计方案
4.2 表面电磁场抑制方案研究
4.2.1 单腔设计方案
4.2.2 腔链设计方案
4.3 尾场抑制方案
4.3.1 基于相同阻尼波导的尾场抑制
4.3.2 基于渐变阻尼波导的特性
4.4 耦合器设计方案
4.4.1 耦合腔结构设计
4.4.2 耦合器匹配设计
4.4.3 加速管匹配
4.4.4 设计结果
4.5 高次模（HOM）吸收负载
小结
第五章 加速结构双束团模式与尾场抑制
5.1 双束团运行及尾场抑制设想
5.2 等梯度结构尾场抑制研究
5.2.1 多软件模拟与理论研究
5.2.2 等梯度结构的短程尾场
5.2.3 等梯度结构的长程尾场
5.3 高斯失谐结构（DT）的双束团尾场抑制研究
5.3.1 双束团和多束团运行的可行性
5.3.2 基于软件模拟的试验研究
小结
第六章 总结及展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
作者简历
已发表的学术论文
本文编号：3811588
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 高梯度加速技术的应用
1.1.1 新一代电子直线对撞机
1.1.2 紧凑型自由电子激光
1.1.3 小型实验室装置
1.1.4 医疗及工业应用
1.2 X波段高梯度加速结构的发展状况
1.2.1 高加速梯度
1.2.2 尾场抑制结构
1.2.3 X波段微波单元发展
1.3 论文主要内容和创新点
小结
第二章 行波加速结构及其工作相关原理
2.1 波导传输线
2.2 谐振腔理论
2.2.1 圆柱谐振腔
2.2.2 Floquet定理
2.2.3 TM01模式电磁场
2.3 加速结构相关物理量
2.3.1 工作频率和品质因素
2.3.2 群速和相速
2.3.3 衰减因子
2.3.4 分路阻抗和表面阻抗
2.3.5 表面电磁场
2.4 功率传输与加速梯度
2.5 加速管调配
2.5.1 三频率法
2.5.2 反射系数法
2.5.3 非谐振微扰法
2.5.4 耦合器调谐
2.6 尾场理论
2.6.1 尾场的分类
2.6.2 尾场与阻抗
小结
第三章 用于FEL的X波段高梯度加速结构
3.1 设计方案分析
3.1.1 功率优化方案
3.1.2 尾场抑制方案
3.1.3 表面电磁场抑制方案
3.1.4 总体设计目标
3.2 加速结构腔链设计
3.2.1 腔链初步设计
3.2.2 腔链优化设计
3.2.3 设计结果
3.3 耦合器设计
3.3.1 两类耦合器研究
3.3.2 多极场效应研究
3.3.3 Racetrack双馈耦合腔
3.3.4 设计结果
3.4 加速结构的制造和测量
3.4.1 加工与焊接
3.4.2 腔链测量
3.4.3 耦合器测量
3.4.4 加速结构调谐
3.5 高功率及束团线性压缩实验
3.5.1 高功率实验
3.5.2 束团线性压缩实验
小结
第四章 CLIC380 X波段高梯度加速结构
4.1 加速结构设计方案
4.2 表面电磁场抑制方案研究
4.2.1 单腔设计方案
4.2.2 腔链设计方案
4.3 尾场抑制方案
4.3.1 基于相同阻尼波导的尾场抑制
4.3.2 基于渐变阻尼波导的特性
4.4 耦合器设计方案
4.4.1 耦合腔结构设计
4.4.2 耦合器匹配设计
4.4.3 加速管匹配
4.4.4 设计结果
4.5 高次模（HOM）吸收负载
小结
第五章 加速结构双束团模式与尾场抑制
5.1 双束团运行及尾场抑制设想
5.2 等梯度结构尾场抑制研究
5.2.1 多软件模拟与理论研究
5.2.2 等梯度结构的短程尾场
5.2.3 等梯度结构的长程尾场
5.3 高斯失谐结构（DT）的双束团尾场抑制研究
5.3.1 双束团和多束团运行的可行性
5.3.2 基于软件模拟的试验研究
小结
第六章 总结及展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
作者简历
已发表的学术论文
本文编号：3811588
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3811588.html
