论文摘要
回旋加速器是核物理、固态物理等基础研究的重要工具,同时也广泛应用于PET(Positron Emission Tomography)诊断、质子治疗、同位素生产和工业辐照等应用领域。谐振腔是回旋加速器高频系统的关键部件,在回旋加速器的设计和建造过程中占有重要位置.本文以谐振腔的分析研究、仿真和设计为主题,在虚拟样机技术环境下,以3D电磁场仿真软件CST MWS(微波工作室)为工具,对30MeV、Minitrace 9.6MeV回旋加速器的谐振腔Dee电路进行了详细的分析和仿真,所得的结果为加速器的工程实现提供了良好的基础。系统地对谐振腔的关键部件:腔体结构、调谐部件、耦合部件进行了概括性的介绍;以及分析谐振腔Dee电路的等效电路方法,为数值分析提供理论基础和初步分析。通过CST对30MeV回旋加速器谐振腔进行了仿真分析,总结了对谐振腔进行数值分析的一般步骤,并叙述了其中的难点和关键技术所在,如建模、网格划分等。对GE Minitrace 9.6MeV回旋加速器谐振腔进行了仿真和结果分析,并与1:1木模测量的结果进行了比对,验证了仿真的有效性。分析比较了两种不同结构的Dee盒的谐振腔的场分布、频率调谐范围、加速电压分布等性能参数,为以后10MeV加速器的设计和工程实现提供了参考。谐振腔Dee电路与外界电路的耦合好坏,决定了高频系统运行的可靠性和安全性。本文对引入耦合部件带来的腔体谐振频率的漂移、电容和电感两种常见的耦合方式进行了理论上的细致分析,并在此基础上进行了大量的仿真验证。重点对Minitrace中的耦合环以及与之相连接的传输带进行了仿真分析,研究了耦合的效率以及传输带的阻抗变换作用。