低能量强流高电荷态RFQ加速器的研究

发布时间：2023-12-24 16:36

　　射频四极(RFQ)加速器是加速低能强流连续波(CW)束流的的最有效装置,而实现CW RFQ稳定运行是强流离子加速器研究的热点和难点。本论文以CW RFQ加速器稳定运行为目标,系统地完成了强流重离子CW RFQ加速器的研制。CW RFQ加速器非常适合加速强流低能束流,而实现其稳定运行面临众多挑战。论文中,针对CW RFQ稳定运行面临的问题,进行以下研究。为了降低腔体功耗与功率密度,比较多种RFQ加速器腔型,选用了适合强流CW加速的腔型,优化腔体结构,降低腔体最大表面场;为了稳定腔体的电磁模式,研究四翼型腔体中模式频率分离问题和π模杆结构对频率分离的作用,降低腔体中二极场的对四极场的混合度,通过腔体低功率测试和调谐,达到所需的频率和场分布;为了维持腔体的频率稳定,研究腔体频率随冷却水温度的变化规律,实现腔体频率的在线调谐;为了保证腔体的结构稳定,进行腔体的多物理场耦合分析,研究冷却水流量和温度变化引起的腔体形变和应力变化,提出水温在线调谐方案和冷却水流量温度控制方案;为了控制腔体的二次电子倍增效应,研究了腔体中不同功率情况下二次电子倍增发生的可能性,避免腔体在束流所需功率时发生二次电子倍增...

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 强流连续波重离子RFQ的挑战
        1.1.2 低能量强流高电荷态重离子研究装置的科学意义
        1.1.3 低能量强流高电荷态重离子研究装置的组成
    1.2 RFQ加速器的发展历史
    1.3 国内外重离子RFQ的发展与现状
        1.3.1 重离子加速器发展总论
        1.3.2 FRIBRFQ
        1.3.3 RILACRFQ
        1.3.4 NewHLIRFQ
        1.3.5 RAONRFQ
        1.3.6 SPIRAL2RFQ
        1.3.7 SSCRFQ
    1.4 论文主要研究内容
        1.4.1 论文科学意义
        1.4.2 论文内容
第2章 RFQ加速器工作原理与LEAFRFQ动力学研究
    2.1 RFQ加速器工作原理
        2.1.1 RFQ加速原理简介
        2.1.2 RFQ加速器束流动力学
        2.1.3 RFQ加速器的四段论
    2.2 LEAFRFQ束流动力学设计
        2.2.1 动力学设计原则
        2.2.2 三谐波聚束器动力学分析
        2.2.3 RFQ束流动力学设计
    2.3 LEAFRFQ束流传输研究
    2.4 小结
第3章 腔体与耦合器高频设计
    3.1 RFQ腔体高频理论
    3.2 LEAFRFQ腔体高频设计
        3.2.0 设计方法与工具
        3.2.1 RFQ腔型比较
        3.2.2 横截面设计
        3.2.3 π模杆设计与模式频率分离理论研究
        3.2.4 调谐器与底切设计
        3.2.5 全腔模拟
        3.2.6 极头误差对频率的影响研究
    3.3 耦合器设计
    3.4 二次电子倍增效应研究
    3.5 小结
第4章 LEAFRFQ频率稳定性研究
    4.1 LEAFRFQ多物理场分析
        4.1.1 多物理场分析的内容与意义
        4.1.2 LEAFRFQ多物理场分析模型
        4.1.3 LEAFRFQ多物理场分析
        4.1.4 底切多物理场分析
        4.1.5 结论
    4.2 RFQ调谐理论
    4.3 低功率测试和调谐
        4.3.1 低功率测试原理
        4.3.2 低功率测试装置
        4.3.3 LEAFRFQ分段低功率测试
        4.3.4 全腔测试与调谐
        4.3.5 耦合器测量
    4.4 小结
第5章 高功率锻炼与束流实验
    5.1 高功率锻炼与束流实验系统
        5.1.1 功率源与功率传输系统
        5.1.2 真空系统
        5.1.3 束测系统
    5.2 高功率锻炼
    5.3 束流实验
    5.4 小结
第6章 总结与展望
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



本文编号：3874897