极低β超导CH腔体的物理和实验研究

发布时间：2017-06-17 01:00

  本文关键词：极低β超导CH腔体的物理和实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：强流质子加速器驱动的裂变和嬗变装置(ADS)是实现洁净裂变核能的有效途径之一。目前,国际上的趋势是在常温低能RFQ之后实现全超导加速。但是在极低beta段,目前还没有成熟的腔体类型选择。超导CH腔体在低beta时真实加速梯度高(是spoke腔的几倍),并且机械结构比较稳定,将是连接低能RFQ和中能超导段的最佳选择。但超导CH腔体的设计,高纯铌腔成形、焊接、清洗,高功率馈送等都存在关键物理问题和技术难点需要解决。开展超导CH腔体的研制将为我国全超导ADS加速器极低beta段的加速提供解决方案。论文针对超导CH的工作分为如下两个阶段:首先设计、建造和测试了频率162.5MHz,beta为0.065的CH铜模型腔体,对超导CH腔体完整设计流程和加工工艺进行了系统性的验证。在铜模型腔体平台对CH腔体的电磁特性、调谐、耦合和加速场平整性进行了详细研究,并根据CH腔体的特点分别提出了针对性的设计方案。完成了频率162.5MHz,beta为0.067超导CH腔体的优化设计、建造、表面处理,并在4K低温下对腔体进行了测试,腔体加速梯度和品质因数远超ADS加速器要求的技术指标。在设计中优化腔体的结构着力降低最大表面场,提高了腔体的性能和潜力。进行机械与高频耦合分析,确定最终加筋方案。铌腔体由冲压,机械加工和真空电子束焊接等多道工序加工完成。为提高超导CH腔体的性能,对腔体进行了超声波清洗,重度缓释化学抛光BCP,800度真空炉退火除氢,轻度缓释化学抛光,超纯水高压冲洗HPR,超净间装配,120度低温烘烤和加装磁屏蔽桶等表面处理工序。最终使得腔体测试达到了61 MV/m最大峰值电场,品质因数Q0好于1.5×109的结果。相应的加速梯度为11 MV/m,加速电压为4.1MV。
【关键词】：超导 直线加速器 腔体 CH ADS
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（近代物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O511.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 引言12-28
• 1.1 超导CH型腔体研究的动机12-25
• 1.1.1 超导直线加速器的研究前沿12-15
• 1.1.2 超导腔体的发展趋势15-19
• 1.1.3 超导CH腔体的发展现状19-22
• 1.1.4 中国发展超导CH腔体的现实需求22-25
• 1.2 论文的主要工作和创新点25-27
• 1.3 论文组织结构27-28
• 第二章 基础理论28-40
• 2.1 超导腔体理论28-36
• 2.1.1 超导特性28-33
• 2.1.2 超导腔体基础33-36
• 2.2 超导CH腔体电磁基础36-40
• 第三章 超导CH腔体基础问题研究40-63
• 3.1 超导CH腔体的电磁问题研究40-44
• 3.2 超导CH腔体的耦合器设计研究44-46
• 3.3 超导CH腔体的调谐器研究46-49
• 3.4 超导CH腔体的场调节研究49-55
• 3.5 CH铜模型腔体的加工55-60
• 3.6 CH铜模型腔体的测试研究60-63
• 第四章 超导CH腔体设计63-82
• 4.1 电磁设计63-74
• 4.1.1 模拟准备63-65
• 4.1.2 超导CH腔体建模65-66
• 4.1.3 参数扫描66-72
• 4.1.4 超导CH腔体的优化结果72-74
• 4.2 机械设计74-80
• 4.3 清洗口位置的设计80
• 4.4 二次电子倍增效应80-82
• 第五章 超导CH腔体加工82-97
• 5.1 超导腔体加工工艺介绍82-83
• 5.2 超导CH腔体加工83-92
• 5.2.1 支撑杆加工83-87
• 5.2.2 大j的焊接成型87-88
• 5.2.3 外筒成型88-89
• 5.2.4 中间段组装焊接89-90
• 5.2.5 端盖的成型90-91
• 5.2.6 腔体整体焊接成型91-92
• 5.3 超导CH腔体加工后常规测试92-97
• 5.3.1 真空检查92-93
• 5.3.2 小球微扰法测量轴向加速电场分布93-94
• 5.3.3 超导CH腔体耦合度测量94-97
• 第六章 超导CH腔体表面处理97-106
• 6.1 超导腔体表面后处理介绍97
• 6.2 超导CH腔体的超声波清洗97-98
• 6.3 超导CH腔体的BCP重度刻蚀98-100
• 6.4 超导CH腔体的除氢烘烤100-101
• 6.5 超导CH腔体的BCP轻抛101
• 6.6 超导CH腔体的HPR101-103
• 6.7 超导CH腔体的超净间装配和低温烘烤103-106
• 第七章 超导CH腔体测试106-113
• 7.1 超导腔体测试理论106-107
• 7.2 降温过程107-108
• 7.3 测试过程108-110
• 7.4 测试结果分析110-113
• 第八章 结论与展望113-115
• 8.1 结论113-114
• 8.2 进一步工作的方向114-115
• 参考文献115-120
• 作者简介及发表文章120

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本文编号：456867