射频超导腔前向功率耦合器的研制

25 MeV超导直线加速器是中国加速器驱动次临界反应堆系统(China Initiative Accelerator DrivenSystem,CiADS)的一个预研装置,在该预研装置中,其核心加速部件超导腔的低温性能至关重要。前向功率耦合器是超导腔的重要组成部分。目前国内前向功率耦合器的机械结构大部分采用拉杆结构,其结构简单,低温下(4 K)能够稳定运行,但是空间利用率低,并且不具备普适性。针对25 MeV超导直线加速器多腔型的特点,设计开发了一种能够弥补传统耦合器不足的滑轮式前向功率耦合器,工程内应用结果表明:滑轮式前向功率耦合器结构简单,低温下运行稳定,空间利用率高,能满足工程内各种腔型测试要求。

基于162.5 MHz HWR超导腔的氦压调谐器的设计与测试

162.5 MHz(?=0.10)半波长谐振型(Half Wave Resonance,HWR)超导腔被用于CIADS(China Initiative Accelerator Driven System)项目注入器II的低能段。氦气压力驱动式调谐器基于上述腔体的调谐范围及机械性能要求进行设计制造。为确保调谐器运行良好,进行了常温测试。铜制模型腔测试中调谐范围达到640 k Hz,满足频率调节范围要求。铌腔测试中得到腔体频率与气体压力关系,调谐敏感度为0.272 k Hz·h Pa-1。采用气体质量流量控制方案并搭建气体驱动控制平台进行分辨率测试,在测试结果显示调谐器满足调谐分辨率要求,分辨率精度达到4.4–15 Hz。计算了超导腔与调谐器间的传热量,其值不超过0.002 W,小于低温恒温器与调谐器之间的热辐射量,表明此调谐器可用于HWR腔体。

C-ADS强流质子直线加速器调谐系统测试分析

调谐系统是C-ADS超导直线加速器不可或缺的一部分,在加速器运行过程决定了超导腔的运行频率,直接影响了粒子加速的效果。为了充分了解调谐系统的工作情况和分析调谐系统出现的问题,设计了实验对调谐系统进行全方位测试。首先对调谐器的杠杆机构和剪叉机构进行了力学分析,而后对半波长谐振(HWR)超导腔在不同状态下进行了电场模拟,得出设计的调谐力和调谐位移满足HWR腔频率调谐要求。最后通过详细实验,采用自动、手动等方式测试了恒温器CM1,CM2,CM3中超导腔调谐器工作时的线性度、回程差、直线单元部分的线性度及回程。结果显示:CM1的调谐器基本满足慢调谐需要,CM2存在1200步回程,主要原因在于直线单元部分;CM3中调谐器的回程差较大,线性度不高,需要进一步改进。

Study on the frequency tuning of the half-wave resonator at IMP

The RF and mechanical coupled analyses are essential in superconducting cavity design in order to predict the deformation of the cavity walls and the frequency shift caused by the deformation. In this paper, the detuning caused by both bath helium pressure and Lorentz force is analysed and a tuning system has been investigated and designed to compensate the detuning by deforming the half-wave resonator along the beam taxis. The simulations performed with ANSYS code show that the tuning system can adjust and compensate the frequency drift due to external vibrations and helium pressure fluctuation during operation.