强流回旋加速器射频功率源末级谐振放大器的研制

为适应强流回旋加速器综合实验装置强流束调束需求,开展了对射频系统中功率源的末级谐振放大器的研制。功率源末级谐振放大器采用阴极驱动模式的三级真空电子管作为核心放大器件,充分地考虑了输入阻抗、输出调谐和输出耦合的调节需求,通过射频电路仿真和三维电磁场仿真等手段实现了对末级谐振放大器各参数的仿真。网络分析仪对末级谐振放大器的各项参数的测量表明:制造结果与设计参数高度一致;示波器对末级谐振放大器进行实验测试表明:8h假负载考验中功率稳定度好于1%,输出效率达70%,可为强流回旋加速器综合实验装置强流束调试提供射频功率的技术支持。     

中国散裂中子源强流质子加速器设计、研制及调试运行

中国散裂中子源(CSNS)是基于强流质子加速器的大科学装置,通过高功率质子束流轰击重金属靶产生高通量中子用于开展中子散射研究,CSNS是世界上第四台、发展中国家第一台脉冲型散裂中子源。CSNS包括高功率强流质子加速器、中子靶站和中子谱仪以及相应的配套设施等。加速器由80 MeV负氢直线加速器、1.6 GeV快循环同步加速器及相应的束流输运线组成。CSNS加速器是我国第一台中高能强流高功率质子加速器,本文将介绍CSNS加速器的设计、关键技术、设备研制以及束流调试过程和其中关键问题。     

中国散裂中子源强流质子加速器设计、研制及调试运行

中国散裂中子源（CSNS）是基于强流质子加速器的大科学装置,通过高功率质子束流轰击重金属靶产生高通量中子用于开展中子散射研究,CSNS是世界上第四台、发展中国家第一台脉冲型散裂中子源。CSNS包括高功率强流质子加速器、中子靶站和中子谱仪以及相应的配套设施等。加速器由80 MeV负氢直线加速器、1.6 GeV快循环同步加速器及相应的束流输运线组成。CSNS加速器是我国第一台中高能强流高功率质子加速器,本文将介绍CSNS加速器的设计、关键技术、设备研制以及束流调试过程和其中关键问题。     

射频四极场加速器低能强束流传输注入系统的实验研究

对加速器驱动的次临界系统（ADS）的射频四极场（RFQ）加速器的低能强流束流传输系统进行实验研究,给出了在强流离子束束腰附近测量束流参数的方法,并测量了强流质子注入系统在RFQ入口处的束流参数。目前,该系统已成功地应用于强流射频四极场质子加速器中。     

射频负离子源关键参数测量系统研制

强流离子源是大功率中性束注入系统的关键部件之一,为了实现中性束注入系统的稳态运行,需要开展射频负离子源的实验研究。射频负离子源的负离子引出电流、引出总电流和引出电子流等关键参数的测量是射频离子源实验理论分析的基础,本系统通过信号调理隔离传输实现射频负离子源关键参数的测量。实验结果表明,系统测量采集数据精准可靠,运行稳定。     

回旋加速器脉冲化实验系统的物理设计

利用现有强流负氢离子源实验台架，充分考虑现有注入线和中心区的设计，建立强流脉冲化实验装置，将几十至百keV量级的强流束进行脉冲化，将70MHz（中心实验台架10MeV紧凑式回旋加速器的高频频率）连续波负氢束脉冲化为重复频率1～8MHz，脉冲宽度约为10ns。     

基于千兆以太网的CSNS RCS射频分布式控制系统架构

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)快循环同步加速器的射频系统的远程控制系统采用基于千兆以太网的分布式体系结构,其软件架构使用国际加速器界广泛使用的开源软件工具EPICS(Experimental and Industrial Control System)进行开发。系统主要由CPCI低电平控制器、高功率四极管放大器和偏流源机器状态监控网络、联锁保护系统、中控中转服务器和人机交互界面组成。论文主要介绍了该系统的基本功能和拓扑结构,以及各个组成部分软硬件的设计和实现。     

八路时间测量系统

一、引言随着科学技术的发展,需要测时的领域愈来愈多。如在核物理实验中用飞行时间法测中子能谱、甄别带电粒子和测核激发态的时间关联及加速器的性能研究和激光测量等。核爆试验中的参数测量,也需要精确为测时技术。本文所述为八路时间测量系统是为研究强流相对论性电子束加速器的强流二极管放电时,它的各种电压和电流脉冲之间的肘间关联     

强流回旋加速器综合试验装置谐振腔关键高频参数的测量方法研究

射频谐振腔体的特征参数,包括谐振频率、品质因数和并联阻抗等,对加速器的物理设计和束流调试具有重要的参考意义,是衡量射频系统性能的重要指标.其中,等效并联阻抗的准确测量,是确定加速电压的峰值与分布的有效途径,其难点在于测量方法或对局部电磁场有扰动,或信噪比较低.论文通过应用研究的方法,由二端口无源网络散射参数的定义出发,设计了先进的测量方案,采用了特殊设计的阻抗探针,获得了强流回旋加速器综合试验装置的加速电压分布.同时使用同样的方法,对100 MeV回旋加速器金属实验腔体的电压分布进行了实验研究,该结果与三维计算机仿真结果对比,相对误差小于1％.     

周期性聚焦结构中强流束的共振与束晕形成

强流束中的束晕形成是研制下一代高功率加速器必须解决的关键问题之一。为此研究了周期性聚焦结构中强流束的非线性共振、参数共振与束晕形成的关系 ,给出强流束中非线性共振、参数共振的共振范围表达式及其随束流空间电荷效应变化的数值结果和图表曲线 ,提出由非线性共振而激发的束晕形成的空间电荷效应极限 ,为下一代高功率加速器的物理设计提供理论依据。     

北京ISOL项目进展

北京ISOL（北京在线分离丰中子束流装置,亦简称BISOL）是由中国原子能科学研究院和北京大学联合提出的一台大科学装置。项目建设包括反应堆与加速器驱动放射性核束离子源、强流氘离子加速器、高功率靶站与核能材料辐照装置、放射性核束后加速器、放射性核束实验站等。装置建设方案已初步确定,装置建成后可产生较国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,可开展学科基础前沿放射性核束物理的创新研究,同时兼顾先进核能系统开发和多种核技术应用的需求。     

北京ISOL项目进展

北京ISOL(北京在线分离丰中子束流装置,亦简称BISOL)是由中国原子能科学研究院和北京大学联合提出的一台大科学装置。项目建设包括反应堆与加速器驱动放射性核束离子源、强流氘离子加速器、高功率靶站与核能材料辐照装置、放射性核束后加速器、放射性核束实验站等。装置建设方案已初步确定,装置建成后可产生较国内外现有装置强度高1～2个量级的极端丰中子束流,可开展学科基础前沿放射性核束物理的创新研究,同时兼顾先进核能系统开发和多种核技术应用的需求。     

基于核四极矩共振技术的EDS-M邮件检测系统

本项目研究基于核四极矩共振（NQR）技术的邮件检测系统。该系统采用了自动调谐技术，以保证探头只对感兴趣的频率灵敏；集成了温度一频率关系曲线，使得系统能够根据被测样品的温度自动修正激发频率。同时，在数据处理中引入加权算法抑制噪声干扰。系统设计如图1所示。该系统由一体化的射频脉冲处理器（包括激发脉冲产生、门控逻辑、数据获取、相敏检波等）、射频功率放大器、前置放大器、自动调谐电路、温度跟踪电路及探头电路组成。     

基于IOT放大器的微波功率源在超导直线加速器上的应用

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)的直线加速器由两个4-cell超导加速腔构成,每个加速腔的激励由1套基于感应输出管(IOT)放大器的L波段微波功率源(25 kW)提供。本文介绍了微波功率源的基本原理、组成结构和调试过程,以及微波功率源在功率耦合器老炼平台和超导直线加速器上的一些实验结果。微波功率源安装调试后工作稳定,两套微波功率源的主要参数均达到设计要求。超导直线加速器的幅值稳定度和相位稳定度分别为0.04%和0.08°,优于设计指标。     

基于IOT放大器的微波功率源在超导直线加速器上的应用

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）的直线加速器由两个4-cell超导加速腔构成,每个加速腔的激励由1套基于感应输出管（IOT）放大器的L波段微波功率源（25 kW）提供。本文介绍了微波功率源的基本原理、组成结构和调试过程,以及微波功率源在功率耦合器老炼平台和超导直线加速器上的一些实验结果。微波功率源安装调试后工作稳定,两套微波功率源的主要参数均达到设计要求。超导直线加速器的幅值稳定度和相位稳定度分别为0.04%和0.08°,优于设计指标。     

9MeV无损探伤电子直线加速器微波系统研制

微波系统是无损探伤加速器的重要部件之一,它产生频率2 998 MHz、脉冲功率2.6 MW的射频信号,并经传输波导馈入加速管,在加速管内形成驻波电磁场,加速电子到能量9 MeV。 为了保证磁控管稳定工作和运行,采用高功率四端环行器隔离加速管的反射,采用紧凑型定向耦合器分别对入射与反射的射频信号取样,监测功率电平、频率与微波包络波形,同时为自动频率控制装置提供鉴相信号,使磁控管工作频率自动跟踪加速管的谐振频率,从而获得稳定的能量与最大剂量率输出。波导系统充入0.18 MPa的六氟化硫,防止射频电击穿,提高系统运行的稳定性。该系统提供…     

强流质子回旋加速器射频功率源级间功率稳定性研究

本文对强流质子回旋加速器射频功率源固态放大组合与电子管末级间的功率稳定性进行了研究和分析,针对实验中表现出来的不稳定现象进行了计算和仿真。结果表明,灯丝在室温和运行状态下所导致的级间电压驻波比系数（VSWR）分别为1.06和6.89;末级输入调节电容随平行板电容间距变化过于剧烈。通过阻抗匹配仿真、三维电磁场仿真及实验研究解决了由灯丝阻抗变化导致的末级输入端VSWR过大问题,并将输入调节电容的敏感度由每0.5 mm改变10 pF降至每5 mm改变1 pF。     

201.5MHz中子照相用RFQ加速器低电平控制系统的设计

北京大学自主研制了基于射频四极(Radio Frequency Quadrupole,RFQ)强流氘束加速器。为满足该加速器稳定运行的要求,设计了一套低电平控制系统,系统主要包含自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)和自动频率控制(Automatic Frequency Control,AFC)两种方式,可实现对腔体频率、进腔功率的自动控制和手动控制。为保证安全、稳定运行,对SWR(Standing Wave Ratio)、限位信号进行监测,通过RS232协议和Lab VIEW界面实现HMI(Human Machine Interface),亦可实现与PLC(Programmable Logic Controller)的无缝对接。连续闭环运行表明,控制系统对场幅度和相位的控制精度能够达到±1%和±1°之内,证明该低电平控制系统达到了RFQ加速器对各路功率和腔体频率稳定控制的要求。     

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...     

EAST装置高功率宽带射频发射机系统研制

离子回旋波加热系统是EAST装置最重要的辅助加热工具,作为系统最核心的分系统之一,高功率射频发射机为加热等离子体提供射频波能量,对提高等离子体运行参数起着极为重要的作用。基于电路分析、传输线和波导谐振腔等相关工程理论,本文系统地总结了射频发射机系统高功率放大器输入输出回路、放大器级间匹配、寄生振荡抑制、腔体冷却等部分的设计原理和实现方法。在假负载上进行了系统测试,在设计频段内获得了1.5 MW的射频输出功率,测试结果表明系统达到了设计的技术指标。通过两轮EAST射频加热实验验证,发射机系统运行稳定可靠,满足射频加热等相关物理实验要求。