超导腔调谐器设计研究

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超导腔调谐器是超导组元的重要组成部分。其用来补偿或阻尼超导腔运行时由于洛伦兹力、束流负载效应、麦克风效应等影响产生的频率变化。由于大部分调谐器需要工作在低温、真空、辐射的恶劣环境中,既要保证调谐器低温收缩变形后不被卡死,又要保证较高的调谐效率和调谐精度,因此频率调谐系统的研制难度非常大。  调谐器的研制需要综合考虑具体的腔型、工作环境,以及加速器的运行方式等因素。本论文完成了1.3GHz超导腔调谐器、ADS325MHz spoke腔调谐器、BEPCⅡ500MHz备用超导腔调谐器和ILC1.3GHz9-cell腔调谐器的设计,并进行了样机的加工测试,测试结果满足超导腔的需求。由于篇幅所限,本论文只着重对应用于中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光上的超导腔调谐器的研制及测试情况进行详细分析介绍。  本文根据高功率太赫兹自由电子激光运行物理参数要求,并结合超导腔与液氦槽自身的特点,成功研制出了满足设计要求的低温频率调谐系统。连续波与脉冲波模式兼容运行的超导腔调谐器研制在国内尚属首次。  本论文首先针对中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光超导组元的特点制定了频率调谐系统的具体指标,进行了频率调谐系统的概念设计。并根据调谐系统的指标要求进行了调谐系统的详细设计分析:包括调谐系统的机械结构设计、快调谐器设计、系统漏热设计、控制系统设计、调谐器剩磁分析、调谐器效率分析等。在此基础上,完成了1.3GHz4-cell超导腔调谐系统的设计优化,并总结出一套适用于调谐器研制及测试的方法,应用到其它超导腔调谐器的研制及测试上。  本论文立足国内,完成了调谐器机械结构的优化设计以及超导腔调谐系统的加工制造,攻克了其中的技术难点,掌握了调谐器研制及组装的关键技术,深入探索了调谐系统可靠运行的要求。  最后,将调谐器与超导腔、恒温器组装到一起,对机械接口进行了验证。并设计了机械调谐器及压电陶瓷的常温及80K低温测试平台,成功完成了调谐器的性能测试:用矢量网络分析仪测得80K低温下机械调谐器的调谐范围大于800kHz;通过自激振荡的方式在超导腔内建立小幅度的高频场,用频谱分析仪直接测量压电陶瓷低温下的调谐范围为大于7kHz。测试结果满足调谐器设计指标要求,是高功率太赫兹装置平台项目的重要进展。  综上,本论文系统而成功地完成了1.3GHz4-cell超导腔频率调谐系统的设计、加工制造和性能测试,为国内超导腔频率调谐系统的研制奠定了一定基础。
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