博士论文-CSNS RCS射频腔铁氧体环测试及腔体性能模拟研究

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题名	博士论文-CSNS RCS射频腔铁氧体环测试及腔体性能模拟研究
作者	施华
学位类别	博士
答辩日期	2012
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	唐靖宇 ; 孙虹
关键词	中国散裂中子源快循环同步加速器铁氧体加载同轴谐振腔铁氧体环测试系统寄生模
学位专业	粒子物理与原子核物理
中文摘要	中国散裂中子源（CSNS）是中国第一台基于高功率质子加速器的高性能脉冲中子源，加速器部分由一台80 MeV负氢直线加速器（Linac）和一台1.6 GeV快循环质子同步加速器（RCS）组成。在RCS中，由于质子束的回旋频率随能量的升高而增加，为保证粒子得到有效加速，射频系统采用了可工作在扫频状态的铁氧体加载的同轴谐振腔加速结构。本论文围绕铁氧体加载腔展开，主要完成了对射频腔铁氧体材料的性能测试和对射频腔体的电磁场性能模拟研究。铁氧体环对RCS射频腔的性能有非常重要的影响，为此研制了全尺寸铁氧体双环测试系统，开发了可实现铁氧体环精确、高效测量的幅度和调谐双闭环的低电平控制系统，并在国际上首次将闭环控制应用于铁氧体环的静态高功率测量。利用该套测试系统，完成了CSNS铁氧体环（Ferroxcube 4M2材料）的工作频率范围测量、静态连续波和脉冲串模式下的高功率测量及动态高功率测量；监测了铁氧体环的高损失效应、温度特性和动态测试条件下的性能等；完成了对10片全尺寸环的性能对比测量。根据测量结果，分析了射频腔的工作性能，表明在物理设计要求的工作曲线下，该铁氧体环的性能满足设计要求，能够保证射频腔的平稳运行。采用同轴线理论和三维电磁场微波仿真软件CST对CSNS射频腔的性能进行了研究。在腔体的三维电磁场模拟计算中，分析了建模中对铁氧体材料的参数设置方法，并应用铁氧体环的实际测量参数，采用了利用陶瓷介质等效谐振电容的方法。将三维模拟计算给出的谐振特性和同轴线理论计算结果、腔体测量结果进行了比较，三者吻合得非常好。通过对射频腔体样机同轴连接母排（Busbar）引入的寄生模的实验研究和模拟计算研究，提出了通过采用矩形同轴母排来显著提高寄生模频率的方法，使采用该设计的正式腔的寄生模频率超过了基模频率范围的4倍频，从而满足了加速器物理对该腔的性能要求。通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究，给出了今后用于CSNS升级阶段的较短尺寸腔体设计对励磁电流范围的影响。根据测量得到的10片铁氧体环的相对偏差数据，分析了在不同的排布方式下由于该差异对射频腔体的性能影响，结果表明不同的排布方式对腔体的总体性能影响非常小，但是铁氧体环间较大的性能差异可能会导致腔体的性能变差。
语种	中文
学科主题	粒子物理与原子核物理
公开日期	2016-02-25
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210015]
专题	加速器中心_学位论文和出站报告高能物理研究所_加速器中心
作者单位	中国科学院高能物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	施华. 博士论文-CSNS RCS射频腔铁氧体环测试及腔体性能模拟研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.