漂移管直线加速器加速电场分布及稳定性调谐研究

漂移管直线加速器(DTL)加工和安装的误差会导致腔内加速电场分布偏离设计值。为了补偿该偏差,通常在腔内安装调谐装置。同时,在腔内引入耦合杆周期结构,通过调节耦合杆与漂移管之间的间隙,可提高DTL腔内加速电场的稳定性。本文基于高频谐振腔理论和小球拉线测量技术,搭建了一套高精度电场测量系统。结合仿真模拟和实验,实现了中国散裂中子源(CSNS)DTL的加速电场和稳定性调谐,使得腔内实际加速电场分布与设计值相对偏差小于2%,谐振频率和电场稳定性均达到设计指标。     

时域等效电路法求解耦合腔行波管色散特性的研究

应用时域等效电路法求解耦合腔行波管的色散特性;从行波管耦合腔链的等效电路模型出发,推导了模型的时域电路方程组,采用四阶龙格一库塔法数值求解该方程组,用MATLAB编写了计算程序CTTDCP使用CTTDCP程序计算了某L波段耦合腔行波管的色散特性,求得该管腔通带在1．08—1．48GHz,计算结果与实验结果及电磁仿真模拟结果基本一致,证实了时域等效电路法的正确性和有效性。最后,提出了一种结合等效电路法和电磁仿真模拟优化行波管的管型设计方式。     

10MeV行波电子直线加速管的调谐与匹配

在电子直线加速管研制过程中,需对机械加工后的加速腔链及耦合器精细地进行微波调谐与匹配,以满足微波传输及加速电场的要求。本文介绍一支10MeV行波电子直线加速管的调配方法与流程,使用活塞探针法调谐均匀加速腔,采用谐振逼近法调谐非均匀加速腔,降低了调谐的复杂度。使用三频率法与移动负载法对耦合器进行了调配,调配结果满足指标要求。     

低电平控制系统频率调谐系统的设计与实现

44MHz高频闭环系统是金属模型腔热测实验的关键组成部分。为保证功率源输出的信号与高频腔的谐振频率两者始终同步，需在高频控制系统中加入频率调谐系统。     

脊形谐振腔调谐装置的设计

正脊形谐振腔是单腔循环加速器的一种谐振腔,通过将高频电压加在腔体上形成粒子加速电场,以实现对粒子循环的加速。加速器运行时,谐振腔体会热变形或腔体的机械振动等因素会造成腔体失谐,从而引起腔体电压下降及高频电压的相位漂移。为防止这种相位偏移现象的发生,需设计一种脊形腔自动调谐装置以实现对谐振腔频率的自动调节,脊形谐振腔自动调谐的工作原理如图1所示,谐振腔的自动调谐通过比较腔体谐振电压与末极电子管栅电压之间相位差,经模数转换后由控制电路调整调频装置前端的调谐柱在     

兰州重离子加速器冷却储存环射频堆积过程模拟

考虑了重离子冷却储存环中粒子纵向相振荡的运动特性及电子冷却的作用,模拟兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL－CSR）主环中的射频堆积过程,给出了高频参数在射频堆积过程中随时间的变化曲线,为高频腔的设计及机器运行时的参数预置了理论依据。     

HLS储存环新高频腔的物理设计

评述了ＨＬＳ储存环高频腔的性能；根据高流地稳定性的要求，提出了一种新的高频腔结构；通过计算比较，确定了腔的尺寸，设计参数及高次模特性等；并与原有腔的参数进行了比较。     

基于响应矩阵的RFQ新调谐算法的验证与实现

射频四极场加速器（Radio Frequency Quadrupole,RFQ）广泛应用于质子加速器装置中,高频率、紧凑型RFQ的发展可以推动质子加速器装置的小型化,同时也面临调谐困难的问题。紧凑型RFQ的性能对腔体尺寸的敏感度高,基于理论物理特性的传统调谐算法难以取得良好效果,而基于腔体实际物理特性的调谐算法则可以解决紧凑型RFQ的调谐难点。本文提出了一种基于响应矩阵和最小二乘法的调谐算法,该算法可以限定求解的范围,避免计算结果超出调谐器可调谐范围的问题;为二极场分量赋予权重,可以高效地降低二极场误差,解决二极场分量难以调谐的问题。根据新的调谐算法分别在模拟环境下的RFQ样机上完成了调谐实验,在搭建的测量平台获得的结果显示：初始状态下二、四极场误差分别为24.09%和1.57%,经过5次调谐后两者误差分别降为2.33%和1.39%,验证了调谐算法的有效性。该调谐算法具有普适性,也可以用于其他频率的RFQ,将来还可以促进质子加速器装置的小型化,推动医用质子装置的普及。     

基于电子直线加速器的空间电子环境地面模拟用电子源设计与实现

空间电子环境地面模拟装置由1台电子直线加速器提供能量1~5 MeV范围内的电子,后续束流传输系统将电子束进行扩束处理。较大的能量范围对加速器的设计与运行条件提出了较高要求。本文主要阐述了该加速器的设计与实现过程,综合考虑了能量开关技术和束流负载效应,通过研究不同条件下的耦合度参数特性确定了加速管耦合度,分析提出了磁控管输出参数并进行了实验研究。加速器实验测试结果表明,电子束能量参数达到指标要求,为模拟装置提供了有效可靠的电子源。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

数字化LLRF频调环路的步进电机控制算法设计

本文介绍用于超导高频腔频率调谐环路控制中具有自动联锁保护功能的二相步进电机的控制算法。设计以可编程门阵列(FPGA)为核心部件,采用低频启动,逐步升频过渡到稳定工作状态,实现步进电机的平稳运行;通过设置联锁控制信号回路,实现步进电机在运动过程中的超限自动联锁保护功能。测试结果显示,通过优化设置不同的启动频率,不同的升频速度,实现了步进电机在上海光源超导高频腔上的稳定运行。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型，揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制，给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模，得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布，对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs，满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟，阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因，并验证了理论结果的正确性。     

QSNB-I井型中子测量装置的设计

研制了QSNB-I井型中子测量装置.该装置探测腔直径12 cm,使用8支3He正比计数管,采用聚乙烯作为慢化体材料;为了提高装置的可靠性,设计了新型的连接盒;并对装置的探测效率,探测效率与源位置关系进行了模拟计算与测试.结果表明QSNB-I井型中子测量装置具有较小的空间位置灵敏性,测试探测效率15.6%,与模拟结果16...     

基于FPGA的DDS信号获取与PI反馈算法设计

介绍了上海质子治疗装置高频低电平系统中扫频配置和PI反馈控制算法。通过编写Verilog HDL代码对AD9858芯片进行配置,实现了直接数字频率合成和频率扫描的功能,设计了PI算法以保证高频腔腔压幅度和相位的高精度和高稳定性。     

医用回旋高频腔的初步设计

根据医用回旋加速器的物理要求,确定了医用回旋高频腔的具体结构设计方案。在加速电压较高、空间有限的情况下提升高频腔的品质因数,结构设计为1/2波长线的竖腔。为避免腔体在实际工作中由发热变形引起频率漂移,本次设计中采用微调环调谐结构来保证频率稳定度的要求。本文利用Microwave Studio CST程序对腔体的电磁场分布、品质因数Q_0、表面电流分布、耦合电容、微调环进行了详细的分析与仿真计算。与实际测量值进行对比,两者比较吻合,并对产生的误差进行了分析讨论。     

HI-13串列加速器升级工程144MHz铜铌溅射超导腔物理设计

为设计HI-13串列加速器升级工程中的QWR铜铌溅射超导腔，利用电磁场计算软件和力学结构计算软件分析了QWR腔的高频特性和机械振动频率，并考虑到QWR腔在加工和运行时的环境温度差异，给出了QWR腔在常温加工时的几何尺寸。本工作还分析了QWR腔电磁场的不对称性对束流输运的影响。     

JET的自适应等离子体密度控制器

提出了在ＪＥＴ中用一个自适应控制器来代替等离子体密度反馈系统中的现在常规用的控制器。装置动态特性的变化要求匹配地重调控制器以保持所要求的控制系统的性能。这种控制器调谐现在必须是人工进行的。在自适应控制器中调节过程是自动的，并与控制功能同时进行。分析了这个装置，并设计了所提出的控制器的部件来适合确定的性能并说明了模拟的结果。     

基于Monte Carlo模拟的γ射线油水气含量测量装置设计

提出了γ射线透射散射法测量油水气含量的方法,用Monte Carlo模拟软件包Geant4模拟了放射源能量、散射探测位置、透射准直孔直径、窗材料和气含量等对透射散射传输系数和灵敏度的影响,根据模拟结果设计了油水气含量测量装置,表明Monte Carlo模拟方法能够为系统优化设计提供理论指导.     

高频低电压控制系统（LLRF）高频部分电路设计

进行了100 MeV回旋加速器低电平控制系统的研发。为减小设计及过程中的风险，设计了2块C尺寸的VXI实验板以及相应的软件。虽没有真实的实验腔，但系统实际功能达到了设计目标。通过实验我们认为数字式控制比模拟控制有更多优势。整个低电平控制系统的框图如图1所示。     

电子加速器扫描盒前端法兰传热的数值模拟

加速器内电子束团在传输过程中因束流传输截面发散或偏离中心,会超出尺寸一定的传输器件.为防止因此导致扫描盒前端法兰盘局部温升过高,在法兰的外侧安装温度传感器以实时监测受照点的温度,从而及时调整系统的电流、电压、聚焦等有关参数.建立了法兰盘两侧热传导的数学模型,用数值模拟的方法计算得出了放置温度传感器的测量点B和受照点A的温度关系.计算结果与实验值符合,证明了数学模型的正确性,并为加速器的调试、运行提供了一种重要的检测手段.