花瓣形加速器高频系统基于束流负载的数字AFC和AVC实现

介绍了花瓣形加速器高频功率源-加速腔-束流耦合系统,得出考虑束流负载和腔失谐时对幅频特性的稳定性要求,提出了基于数字AFC和AVC控制的低电平控制器实现方案,阐述了AFC和PID控制工作过程与实现方法,测得腔压稳定度在8‰以内,数字AFC和AVC回路闭合功能通过了24 h拷机试验.     

合肥同步辐射储存环的高频工作模式

在测量高频系统基本参数的基础上，对合肥同步辐射储存环高频腔的大失谐角工作模式进行了分析，指出其不合理性和危害性，提出并成功地试验了投入控制环路，在高腔压、最佳 谐角上玫束流及升能的新的高频工作模式。     

44 MHz高频功率源的初步设计

44MHz高频功率源为100MeV强流回旋加速器的粒子加速提供能量,高频功率源的稳定度直接关系着束流的品质,因此,高频功率源在提供高功率的同时,也要考虑频率稳定、电压稳定和相位稳定。为满足上述要求,高频功率源主回路包括数字频率合成器、幅度和相位调制器、300W固态放大器、10kW中间级功率放大器、100kW末级功率放大器等。数字频率合成器可保证振荡器的输出频率满足频率稳定度的要求。它可通过改变分频比方便地将工作频率在43~45MHz间调节,频率稳定度优于±3×10-8,频率步进可变。幅度和相位调制器使系统工作在设定的功率水平上,以达到D…     

高频单腔加速器的束流负载效应

一、高频单腔加速器束流负载特点加速谐振腔经耦合环与高频系统耦合并建立高频电磁场。馈送到谐振腔的高频能量,一部分损耗在谐振腔内壁,其余部分传递给束流。束流形成的负载场与高频电磁场相互作用,使腔内的场分布发生变化,最后达到稳定平衡。与一般驻波型加速器相比较,高频单腔加速器的显著特点之一是能在较宽的高频相位     

CSNS/RCS中主要阻抗元件的仿真计算研究

中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）是强流质子加速器,对环中真空元件的阻抗研究是判断束流能否稳定运行的重要依据。通过正确估算环中元件阻抗,可及时对元件的阻抗进行有效控制和防止束流不稳定性发生,从而减小束流损失。本文利用CST电磁场仿真软件给出了RCS环中高频腔及准直器的耦合阻抗,并探讨了bus-bar结构对高频腔本身及束流稳定的影响,发现需重新设计bus-bar结构使腔固有频率大于10 MHz才能彻底解决因共振可能引起的丢束。此外,计算表明,主准直器屏蔽有利于减小耦合阻抗及损失功率,在安装代价较小的情况下需对主准直器进行屏蔽。     

600kV强流毫微秒脉冲加速器中的前切割与后聚束系统

介绍了６００ｋＶ强流微秒脉冲加速器中束流脉冲化系统的物理设计、工艺结构特点、粒子动力学计算、聚束腔的静态特性调整与测量、高频功率发射系统以及载束实验结果。     

合肥光源高功率固态放大器的研制

研制了一台高频高功率全固态放大器（SSA）,用于合肥光源800 MeV电子储存环高频系统的带束流运行。固态放大器的功率合成系统可按8×6或8×8方式进行组合,各有48个和64个功放模块参与功率合成。测量了功率分配器和合成器各端口的S参数及功放模块的增益特性,功放模块输出650 W时的增益为24 dB,分配器和合成器公共端的驻波比均优于1.07。进行了高功率测试,两种组合的输出功率分别达到33 kW和45 kW,合成效率约为95%。固态放大器目前运行于48路合成方式,输出功率为20 kW时,储存环束流流强达到460 mA,束流功率为7.5 kW。     

10 CYCIAE-100 MeV回旋加速器机械工程介绍

CYCIAE-100MeV回旋加速器非标机械结构主要包括离子源、轴向注入、中心区、高频腔体、频率自动微调、高频功率馈入、剥离靶引出、磁场调谐系统、对中线圈、径向束流探针、真空系统、相位探测系统、磁场测量系统、主线圈、束流诊断系统、束流调试靶、质子管道及传输元件、举升系统、运输安装与调节系统等。     

4 44MHz高频功率源的初步设计

44MHz高频功率源为100MeV强流回旋加速器的粒子加速提供能量，高频功率源的稳定度直接关系着束流的品质，因此，高频功率源在提供高功率的同时，也要考虑频率稳定、电压稳定和相位稳定。     

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。     

中国散裂中子源快循环同步加速器射频系统的设计与研制进展

研制了大功率宽带快速扫频射频系统,其用于中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）中,主要包括铁氧体加载谐振腔、射频功率源、偏流源和低电平控制系统。射频系统工作重复频率为25 Hz,扫频范围为1.022～2.444 MHz,单个腔体（双加速间隙）可提供最大30 kV加速电压。两级的调谐控制能解决快速扫频过程中的系统失谐问题,采用束流前馈、直接反馈等多种技术手段可对束流负载效应进行补偿。     

SHINE腔式BPM系统射频信号调理前端研制

基于低温超导直线加速器的上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）需1个分辨率可达200 nm的束流位置测量系统,以实现电子束与光子束在波荡器中的紧密相互作用和能量交换。现已研制的束流位置测量系统不能完全满足上述要求,为此,基于对关键技术指标的分配,设计研制了一个由C波段腔式探头、低噪声系数的单路下变频至低中频的射频信号调理前端以及专用数字信号束流位置处理器构成的CBPM系统样机。而作为连接腔式探头和数字信号采集电子学之间的桥梁,射频信号调理前端（radio frequency front end, RF前端）的结构和性能也直接决定了CBPM系统的性能。本文从SHINE对CBPM系统的整体需求为出发点,分析了系统对射频信号调理前端的指标分配,提出了一种放大器开关切换型RF前端的方案设计,并成功搭建了1套可模拟束流条件的离线全锁相采样测试平台。此外,在上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）中搭建了测试平台并完成了射频信号调理前端的带束性能评估,束流实验结果表明,在束团电荷量为100 pC、系统动态范围在±100 μm的条件下,采用腔式探头射频信号一分二的评估方法,位置分辨率可达71 nm,优于设计指标需求。     

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。     

用于回旋加速器射频低电平系统的通用DSP固件程序设计

针对回旋加速器射频系统幅度、相位、启动逻辑、联锁保护、在线参数修改等控制需求,编写了一种基于有限状态机的通用DSP固件程序。该固件程序将射频系统启动过程划分为5个状态:封锁RF信号、搜索腔体谐振点、提升射频功率、匹配相位、幅相闭环控制。该固件程序通过串口与本地上位机和远程控制机进行实时通信,支持在线修改射频系统启动参数;采用异步事件驱动方式,实现对打火和反射功率过大等异常情况快速响应。该固件程序成功应用于CYCIAE-100回旋加速器射频低电平系统中,在CYCIAE-100回旋加速器调束过程中,完成了射频系统的启动控制和设备保护,满足加速器控制系统的需求。     

中能衍射极限环中电阻壁和高频系统阻抗计算与优化

在衍射极限环中,由于采用了高梯度小孔径磁铁,真空盒尺寸相对于第3代同步辐射光源大幅减小,全环阻抗明显增大,因此在设计阶段需要对真空元件阻抗进行精准的评估与模型优化。本文计算了中能衍射极限环的多层电阻壁阻抗,针对衍射极限环给出了优化的电阻壁的材料选择;利用数值模拟程序,完成了对高频腔与三次谐波腔的设计、优化与阻抗计算;分析了由电阻壁阻抗、高频腔和三次谐波腔中的高次模引起的束流不稳定性,并对不稳定性问题提出了抑制方案。     

53.667 MHz重离子RFQ的不稳定性研究

采用多粒子跟踪程序BEAMPATH对53.667 MHz RFQ进行模拟计算,基于RFQ腔体冷测、机械测量的结果,在考虑其入口束流不稳定性、电压不平整度、高频系统稳定度、加工误差、安装误差等因素的情况下,对RFQ的出口束流品质和不稳定性进行了系统分析。结果表明,在现有的加工、安装水平下,提高RFQ入口束流稳定度和高频系统稳定度对束流在RFQ中的传输十分必要。     

兰州重离子加速器冷却储存环高频加速系统

文章介绍兰州重离子加速器冷却储存环主环用于加速粒子的高频加速系统。加速系统的频率范围为0. 25~1.7MHz，最高峰值电压为8.0kV。高频腔体的固有谐振频率通过调节绕在腔体加载的铁[JP2]氧体材料上的偏磁电流来改变，所加载的铁氧体材料为600HH。高频腔体内的真空度达到3×10^-9Pa，高频发射机的最大输出功率为30kW，高频系统的控制采用基于PCI总线技术，它提供所有高频系统控制及监测功能。     

腔式束流位置探测器的设计与实验研究

束流位置探测器对自由电子激光装置的研制和运行具有重要的意义。其中,腔式束流位置探测器(腔式BPM)又以其高精度、高分辨率的特点而得到广泛的应用。本文对应用于上海深紫外自由电子激光装置上的腔式BPM进行了理论分析、模拟计算和BPM腔的测量等方面的研究。     

Preliminary Calculations of the Thermal Stress Influence on the Magnetic Field of CYCIAE-100 Project

During the long time operation of the compact cyclotron, the RF power will be fed into the RF cavity Some of the power is used for accelerating the H- beam, while the other is lost by heating the cavity and the magnet pole. Although the cooling water flowing around the outside of the cavity can take away the heat, the temperature of the pole will increase slowly. This phenomenon has been already observed in 1994, when the 30 MeV cyclotron was in operation with temperature variation of the pole about 25 ~C The thermal stress caused by the slow shift of the temperature will dilate the pole and diminish the gap height between the upper and the lower pole, which will result in the change of the magnetic field. Therefore, it is important to investigate the influence of temperature on the field.