C-ADS注入器I超导腔失效补偿实验研究

超导腔失效补偿问题是中国加速器驱动次临界系统(China Accelerator Driven Sub-critical system,CADS)超导强流质子加速器研究的重点,直接影响质子束流的稳定性。本文针对此问题,基于C-ADS注入器Ⅰ实验平台,采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、嵌入式Linux系统和实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)进行了实验研究。完成了PLC内部的数据查找、PLC与注入器Ⅰ控制系统之间的通讯以及失效补偿各阶段时间长度的计算和验证。本实验实现了对超导腔失效问题的快速探知以及对其它腔的自动补偿操作,为今后的实际应用奠定了基础。     

1500MHz 5-cell超导腔的仿真优化

能量回收直线加速器技术是近年来一项重要技术。针对能量回收直线加速器的主直线加速器,本文使用多种射频软件优化设计了一种新型的1 500 MHz 5-cell超导腔。该腔加速模TM010的R/Q值达到550Ω,可以有效降低低温损耗。该腔的端cell采用扩大束管传输有害高次模方案将高次模传输出超导腔,良好地抑制了高次模。新腔型保持了较低的表面峰值场强与平均加速梯度的比值:Epk/Eacc=2.06,Bpk/Eacc=4.22 m T/(MV·m-1),避免了场致发射的风险,并且在中等加速梯度区域(15-20 MV·m-1)无二次电子倍增现象。模拟结果显示,该超导腔能够满足连续波、准连续波或高重复频率稳定运行的要求。     

CSNS-II超导椭球腔的高频设计和二次电子倍增研究

中国散裂中子源二期(China Spallation Neutron Source,CSNS-Ⅱ)升级,直线加速器能量增益将由现在的80 MeV提高到300 MeV,打靶束流功率由100 kW提高到500 kW。直线加速器升级采用Spoke腔加椭球腔的全超导结构,其中5-cell椭球腔负责把H-从150 MeV加速到300 MeV,工作频率为648 MHz,几何βg(βgλ/2为椭球腔单元长度,λ为工作波长)取0.60。利用三维全波电磁场仿真软件CST (Computer Simulation Technology)对该椭球腔进行了研究分析,优化了椭球腔的高频参数和几何尺寸,使得轴向电场平整度、峰值电场比、峰值磁场比分别达到98.2%、2.70和4.89 m T?(MV/m)-1,R/Q值为305.59Ω。通过计算分析椭球腔的二次电子倍增效应,对发生二次电子倍增严重的地方进行了形状改良,减弱二次电子倍增,并且加速梯度在8 MV?m-1以上完全抑制了二次电子倍增。另外,对椭球腔的洛伦兹力进行了初步计算分析。     

HI-13串列加速器升级工程QWR超导腔冷模实验

为验证理论计算，获取相关高频参数，进行了QWR超导腔冷模实验。用网络分析仪测量了相同尺寸的谐振腔模型，获得了谐振腔在常温下的频率、品质因子及耦合器对谐振频率的影响等数据。用实验对理论计算结果进行验证，经理论分析后，反演得到低温超导态下的QWR超导腔及耦合器的工作参数。      

650 MHz双cell超导腔冷氦气自动降温方案研究

本文以先进光源技术研发与测试平台（PAPS）中的650 MHz双cell超导腔的降温过程为主要研究对象,采用准则关系式法及计算流体力学方法构建了整体换热模型并编程计算,得到了降温过程中超导腔所需的冷氦气入口腔前参数。根据腔前参数反推流程,考虑整体布局和局部阻力的损失,计算了兑温阀门开度与腔前参数的对应关系,从而可通过兑温阀门开度时刻表来实现整体降温过程的自动控制。     

麦克风效应对CiADS超导腔稳定性影响的仿真分析

加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)对质子超导直线加速器提出了高稳定性要求,在工程设计阶段需对直线加速器的各种不稳定因素,特别是对超导腔的麦克风效应的影响进行评估。基于谐振系统的冲击响应模型,发展了一种离散化的电压迭代求解方法,并利用该方法构建了高频系统仿真程序,用于分析麦克风效应作用下超导腔的时变状态。通过仿真,研究了麦克风效应对腔体幅相稳定性的影响及与超导腔的谐振频率、Q值和带宽等参数的关系。结果表明,麦克风效应主要影响超导腔的相位稳定,其影响程度取决于麦克风振荡频率与腔的谐振频率、频率偏移量与腔体半带宽的比值。给出了满足CiADS直线加速器超导腔幅相稳定性指标(0.1%和0.1°)的麦克风振荡强度限值。     

SHINE超导波荡器磁场点测量霍尔探头位置标定

正在建设的上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate XFEL and Extreme light facility,SHINE）将利用40台周期长度为16 mm、磁长度为4 m、净气隙高度为4 mm的真空内超导波荡器,以产生垂直线极化的自由电子激光。霍尔探头磁场测量是目前测量波荡器场图最可靠的测量方法之一,而霍尔探头灵敏中心的定位精度是影响磁场测量精度的主要因素之一。本文介绍了这些超导波荡器的磁场点测量系统,以及霍尔探头灵敏中心的高精度位置标定。通过翻转安装有霍尔探头与角锥棱镜的磁测滑车,可分别标定霍尔探头灵敏中心以及角锥棱镜顶点和磁测滑车翻转轴的横向间距,从而获得霍尔探头灵敏中心彼此之间的横向距离,以及霍尔探头灵敏中心与角锥棱镜顶点之间的横向距离。该方法的标定精度好于±10μm,能满足该超导波荡器磁场测量的要求。     

PKU-SCAF 1.3GHz超导腔超流氦冷却循环设计及运行温度优化

超导腔的BCS表面电阻是温度的指数函数,降低超导腔工作温度可以减少超导腔的射频功率损失,但同时制冷设备的效率也会急剧降低.本文以北京大学超导加速器实验装置(PKU-SCAF)1.3 GHz的9壳型超导加速腔为例,对1.3 GHz超导腔采用的压力为3.13 kPa的饱和态超流氦冷却循环方案及运行温度进行了分析研究.从提高超流氦冷却系统的制冷系数、降低超导腔的动态损耗出发,通过对5种超流氦冷却循环方案以及超流氦冷却循环的效率和超导腔低温系统的能耗进行数值模拟和分析,得出了适合PKU-SCAF主超导腔的最佳工作温度为1.95K.     

EAST中性束注入器水流热量累积测量系统误差分析

水流量热法是强流离子束束功率测量常用的方法,由于测量仪表安装位置的问题,EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)全超导托卡马克中性束注入水流热量累积测量系统中存在不可忽略的误差。本文结合水流热量累计测量系统的原理分析其误差的来源,针对其中由于采集时间有限和真空室内外热传递损失三部分误差来源进行了详细的分析和修正,将沉积功率百分比由73.72%提高到86.27%,修正结果显著。最终将修正方法嵌入到现有的沉积功率计算系统中,实时地进行误差修正,从而得到更精确的沉积在热承载部件上的功率沉积,为功率沉积分布和中性化效率的精确测量提供依据。     

HEPS超导高频腔低温恒温器氮低温制冷循环系统的热力学性能分析

高能同步辐射光源（HEPS）氮低温制冷循环系统为储存环隧道内的7个超导高频腔低温恒温器提供液氮冷量。氮低温制冷循环系统的热力学分析目的是针对HEPS超导高频腔低温恒温器的特点,建立系统的热力学分析模型,研究其工作过程,计算分析系统的制冷系数与循环增压比之间的对应关系。同时,考虑到系统的整体布局,进一步分析计算氮低温制冷循环系统中氮气压缩机和低温透平膨胀机的火用损,优化了系统的热力学设计参数。HEPS氮低温制冷循环系统的热力学性能分析与计算结果对于系统最优化设计和后期工程实践具有一定的指导意义。     

BEPCⅡ超导插入四极磁体冷却流程的数值分析

按北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）计划，为压缩束团尺寸、提高探测器的分辨率以及粒子识别能力，在南对撞区分别安装1对强聚焦超导插入四极磁体（SCQ）和1台超导螺线管探测器磁体（SSM）。本文针对1对超导插入四极磁体的冷却，采用数值模拟的方法给出了SCQ磁体分别采用超临界氦流和过冷氦流两种冷却方式下冷却流程的热力参数，通过对模拟结果的分析，给出了适合该超导插入四极磁体的冷却方式和正常运行的热力参数。还给出了该低温系统关键设备之一的过冷器的设计方法以及设计参数。      

HI-13串列加速器升级工程中的QWR超导腔溅射工艺线介绍

HI-13串列加速器升级工程中超导直线增能器所使用的4个QWR铜铌超导腔将由我院自主加工溅射。整套溅射工艺线主要由高真空溅射炉、电抛光设备、高压水冲洗设备组成,与之相配套的还有纯水生产设备和冷却水循环设备。     

230 MeV超导回旋加速器高频低电平系统设计与桌面实验研究

中国原子能科学研究院正在研发一台230 MeV医用超导回旋加速器,用于天津肿瘤医院的质子治疗项目。为满足加速器高频系统的腔体负载Dee电压稳定度、高频频率稳定度及加速电压幅度平衡度的要求,本文研制一套包含模拟数字混合型幅度环、数字型调谐环和数字型电压平衡环3个环路的低电平控制系统。该低电平系统通过串口与上位机进行通信,以实现本地调试;利用Profibus-DP通信协议,实现低电平系统和PLC组网的交互通信。在1个缩比例无氧铜实验腔体上完成了低电平系统低功率桌面实验与联合调试,验证了电压调平衡算法的有效性,并实现了低电平控制系统的一键启动,无需人工干预,满足了加速器高频系统对低电平控制系统的需求。     

1.3 GHz连续波超导射频腔的数字低电平系统和模拟腔研究

上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置的超导射频(Radio Frequency,RF)腔需要高精度射频低电平(Low Level Radio Frequency,LLRF)系统,以稳定腔场的幅度和相位.但是,由于1.3 GHz连续波超导射频腔的高负载品质因数,腔体在电磁频域中的带宽较小.在加速器老练或重启过程中,超导...