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RFQ(Radio Frequency Quadruple,射频四极场)加速器是是一种新型低能离子直线加速器。由于其具有体积小巧、强流和传输效率高的优点,在强流离子注入、加速器驱动洁净核能系统、强中子发生器等方面有着重要的应用前景。目前,北京大学重离子研究所RFQ加速器组为其中子照相项目研制了一台四杆型的强流氘束RFQ加速器。拟设计在高频机输出功率为400KW,负载因子为10％,工作频率为201.5MHz的情况下,氘离子束在RFQ入口处的能量为50keV,出口处的能量是2MeV,峰值电流是.50mA。
高频系统作为现代射频加速器的一个主要系统,其稳定性和可靠性对整个加速器来说是非常重要的。本文主要论述了本人参加该强流RFQ加速器高频系统的研究工作,主要为强流RFQ加速器射频功率耦合器和水冷假负载的研制。
功率耦合器连接着高频系统两大子系统——发射机和腔体,不仅要实现射频发射机与RFQ加速腔之间的阻抗匹配,将RFQ运行所需的射频功率几乎没有反射地馈入RFQ加速腔中,而且功率耦合器必须能够承受峰值400千瓦的功率。在设计过程中,首先运用CST程序对射频功率耦合器高频特性和功率传输特性进行了数值模拟计算和优化设计,给出了功率耦合器的机械结构;加工完成后,通过冷模实验,对模拟设计的耦合环结构加以调整,循环往复,最后设计、加工并调试出来的功率耦合器的S11参数达到-40.96dB。冷模测试调整过程中所用到的改变环面积、旋转等等操作以及相关的理论分析,为构造出最佳匹配耦合结构带来了有益的启发。
本文第二部分介绍了水冷假负载系统的研制。根据功率要求,首先设计了其硬件构成并选择了相关参数;而在电气控制系统方面,两台水冷假负载分剐采用了PLC和单片机,对此,还进行了相关的比较和分析。这在加速器自动控制方面是一个有益的尝试。冷模测试中,假负载甲和乙在201.5MHz附近的S11参数分别为-29.6dB与-29.9dB,因此能几乎无反射地消耗掉加速器腔反射馈入的功率;功率试验中,高功率同轴电阻器所产生的热功率被假负载甲乙的水循环系统几乎全部消耗掉,达到预期设计目标。