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…     

固态功率源功放模块反射功率过荷分析

中国加速器驱动次临界系统(Chinese Accelerator Driven Sub-critical System,C-ADS)注入器II超导直线加速器采用固态功率源驱动常温加速结构和超导腔,运行中出现了功率源的功放模块因反射功率过荷而损坏的现象。为此研究了反射功率在模块间的分配与功率合成网络S参数以及模块输出状态的关系。结果表明:如果个别功放模块无功率输出,合成失衡会导致反射功率在模块间的不平衡分布,部分模块承受的反射功率将超过其实际承受能力。对于一级合成的功率源,只有失效模块承受的反射功率可能超限;对于多级合成的功率源,失效模块以及同一合成支路的正常模块均存在反射功率过荷的可能性。     

250MHz固态功率放大器的设计

固态功率源代替真空管功率源设备是目前射频功率源系统的发展趋势。本文介绍了一台工作在250 MHz的固态功率放大器模块的设计过程。放大器模块使用荷兰恩智浦半导体公司生产的BLF578XR型号晶体管,并且采用传输线匹配和集总元件匹配相结合的方式进行设计。通过理论计算得到匹配网络的初始值,并利用ADS(Advanced Design System)软件对匹配电路进行仿真和优化。测试结果表明,该功率放大器模块输出功率达到了850 W,功率增益达到了26 d B,功率附加效率达到60%。结果表明,该设计完全达到了系统设计要求的性能指标,并具有较强的实用性。     

固态微波放大器的开发

2．5kW／352MHz无条件稳定的微波固态放大器在意大利Legnaro国家实验室研制成功并通过测试。该放大器由9个350W推挽工作方式的功率模块构成，每个模块采用1个环形器和1个终端电阻作为保护装置。该放大器为独立相位超导直线加速器的中β超导腔提供微波功率而开发，具有高效率、线性度好、可靠性高以及低成本的特点。文章介绍了该放大器的技术特点和测试结果。     

基于ADS的微波放大器设计

BEPCⅡ在通过提高注入频率、提高打靶流强、加大磁号等方式达到设计目标的同时拟采用次谐波聚束系统来进一步提高其正电子注入速率.该系统需要两台功率稳定度和脉内相移要求很苛刻的高功率微波固态放大器作为功率源.作为该项目的预研部分,目前已完成了系统原型机的设计工作,本文介绍了射频微波固态放大器的设计方法和流程,并以该系统的前级驱动模块为例阐述了具体设计过程.借助于Agilent公司的射频微波EDA工具EEsoft ADS进行了匹配电路的设计和优化仿真,高效地完成了系统的设计,达到了设计要求.     

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。     

HLS数字低电平系统的研制与在线调试

研制了数字低电平系统(DLLRF)替换了合肥光源(HLS)原模拟系统,实现储存环高频腔的频率调谐和高频加速场的快速幅相反馈控制。该系统主要由模拟信号变频和基于FPGA的数字处理两大功能模块构成。经过离线和在线调试,DLLRF闭环控制下高频场的无载幅相稳定度达到±0.1%和±0.1°。带束流运行后进一步优化了环路参数,储存环最高流强达到460 m A,并成功实现了300 m A TOP-OFF运行模式,高频场的载束幅相稳定度达到±0.2%和±0.2°。     

S波段10MW微波干负载

一、引言原子能科学研究院研制中的100 MeV电子直线加速器微波系统中,功率分配器和加速波导的终端均需要高功率微波负载,用来吸收剩余的微波功率,减少高频能量的反射及向空间辐射,以保证人身安全及设备的安全运行。     

医院中子照射器中子束流出口处热中子注量率的测量

医院中子照射器是基于微型反应堆而设计的专门用于硼中子俘获治疗（BNCT）的核反应堆装置,其额定功率为30 kW。在堆芯相对两侧分别设有一条热中子束流和超热中子束流用于病人照射,在热中子束流内引出一条实验用热中子束流,用于瞬发γ法测量病人血硼浓度。本工作利用²³⁵U裂变靶和白云母探测片测量了热、超热和实验用热中子束流出口处的热中子绝对注量率。结果显示,在30 kW额定功率运行时,热、超热和实验用热中子束流出口处的热中子注量率分别为1.67×10⁹、2.44×10⁷和3.03×10⁶ cm^-2•s^-1。以上结果达到了BNCT设计要求,并能满足瞬发γ测量血硼浓度的要求。     

基于束流变压器的辐照加速器束流流强测量系统

加速器产生的电子束广泛应用于食品加工以及医疗卫生行业,为满足辐照加工中对剂量控制的要求,需要对加速器输出流强进行实时测量。基于10 MeV加速器脉冲束流流强的大小,提出一种束流变压器的测量方案,并根据束流变压器的输出特性设计了一套测量电路,包含阻抗匹配、放大电路、采样保持电路、压频转换电路及可编程逻辑控制器(PLC)处理电路等模块。在实验室搭建简易模拟束流电路对束流变压器进行定标,定标结果与模拟束流的拟合曲线线性度好,实际增益与理论分析基本符合。系统在10 MeV/20 kW加速器上进行了实验验证,测量输出结果稳定,可靠性高,可为辐照加工的工艺研究提供参考。     

Experimental study of a single tube high RF power amplifier for ICRF heating system

A concept of a single tube high RF power amplifier was developed for ion cyclotron range of frequency (ICRF) plasma heating system. In the concept, a tetrode was used with a grounded cathode and input power to drive a control grid of the tetrode was provided by a switching circuit. As the new amplifier arrangement can eliminate a low power (10 kW level) and an intermediate power (100 kW level) tetrode amplifiers, their high voltage DC (HVDC) power supplies, and control and monitor system for these amplifiers and HVDC power supplies in a conventional high RF power source of the ICRF heating system, this new high RF power source is more flexible on frequency change and more mechanically reliable than the conventional one. A test amplifier composed of the tetrode and a field effect transistor (FET) switching circuit was constructed. The FET switching circuit was so compact that it could be mounted close to the tetrode socket. The maximum output RF power of 8.5 kW was obtained with a plate efficiency of 82% at 70 MHz. The feasibility of the single tube high RF power amplifier was experimentally proved. The plate efficiency of 82% could not be explained by the standard class-C amplification but by high efficiency amplification under assumptions of a flat-topped plate current pattern and double resonance of an output cavity at the fundamental frequency and the third higher harmonic frequency.     

A Simple and Efficient Switched-Mode Approach to Hardened Power Amplification

A radiation-hardened power amplifier using switchedmode techniques to effect linear amplification is described. The amplifier--consisting of a modulator, saturating switches, and a demodulator--is capable of delivering more than 50 watts peak output at an efficiency exceeding 60 percent, before and after exposure to 3.5 × 1014 n/cm2 (l-MeV equiv.) and 2.0 × 106 rads(Si). The amplifier is immune to catastrophic effects of a pulsed ionizing-radiation environment of short duration through peak dose rates exceeding 1 × 1011 rads(Si)/s. The magnitude of the output response at this level is less than 9 percent of the maximum output voltage, and recovery from transient ionization takes place within one cycle of the amplifier's 3-db cutoff frequency.     

上海光源储存环光子吸收器布局设计

电子束经过储存环弯转磁铁发生偏转时,产生总功率-435 kW的同步辐射光,其中仅有一小部分被引入光束线、实验站,其余须在储存环中被光子吸收器吸收处理,并准直引出光束.本文对上海光源(SSRF0储存环同步辐射光的处理方法进行了讨论,并介绍了光子吸收器的布局、结构、性能及运行状况.     

高平均束流功率辐照加速器加速结构的研究

本文介绍了10 MeV/100 kW的高平均束流功率工业辐照加速器束流动力学模拟结果及其加速结构的优化设计结果。加速器采用驻波双周期轴耦合结构,1个加速腔和1个耦合腔构成1个加速单元,其工作频率为325 MHz,工作模式为π/2,加速腔和耦合腔之间通过耦合狭缝在轴向以磁耦合的方式耦合在一起。使用SUPERFISH优化加速腔的有效分路阻抗、Kilp系数等关键参数。束流动力学方面,使用PARMELA模拟论证在粒子源提供2.5 keV、500 mA的电子束后,通过6个加速腔可得到10 MeV/100 kW的平均束流功率。加速腔优化完成后使用CST对耦合腔进行了设计,此时由6个加速单元组成的加速结构有效分路阻抗为23.9 MΩ/m、无载品质因数为29 347,各加速腔与相邻的耦合腔耦合系数为4.7%,工作模式与其相邻模式的最小频率间隔为2 MHz,每个加速单元功耗为290 kW。     

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。     

高能同步辐射光源低能束流输运线设计研究

高能同步辐射光源（HEPS）是计划在北京建造的发射度小于60 pm•rad的超低发射度光源。它由1台500 MeV直线加速器、1条500 MeV低能束流输运线、1台500 MeV～6 GeV的能量增强器、2条6 GeV的高能束流输运线、1台6 GeV的储存环以及同步辐射光束线和实验站组成。本文进行低能束流输运线的设计研究。低能束流输运线是连接直线加速器和增强器的束流传输线,在考虑建设布局限制的基础上,对两端的束流包络进行匹配,并将直线加速器产生的束流高效传输到增强器注入点。HEPS低能束流输运线设计时采用了功能分区的设计策略,设计有3个功能区,分别是消色散注入匹配区、光学参数匹配区、输出匹配区。为校正误差对束流的影响,HEPS低能束流输运线设置了8个BPM,水平和垂直各6块校正磁铁用于束流轨道校正,校正后的轨道满足束流传输要求。     

合肥储存环新高频系统数值模拟研究

讨论了合肥储存环新高频系统的两种注入模式。通过模拟计算分析了大失谐注入和调谐注入过程中调谐角和视在失谐角与注入流强的关系。计算表明:这两种模式对合肥储存环新高频系统都是可行的。此项工作对将来新高频系统的调试具有指导意义。     

Thermal and Structural Analysis and its Effect on Beam-Wave Interaction for 170-GHz, 1-MW Gyrotron Cavity

In this paper thermal and structural analysis for 170 GHz, 1 MW gyrotron interaction cavity and the effect of structural deformation on beam wave interaction is presented. Finite element analysis codes ANSYS has been used for the thermal and structural analysis. Electromagnetic simulator-MAGIC, a Particle-in-Cell (PIC) code, has been used to carry out the effect of the radial expansion of the interaction cavity on beam wave interaction. The change in output power and resonant frequency for operating mode TE_34,10 due to thermal expansion is 10 kW and 0.07 GHz, respectively. These values are under the tolerance limit of power and frequency of the gyrotron. The major variation is found in the power growth stability time.