论文题目: BRIF工程QWR腔、低温恒温柜和ISOL高质量分辨谱仪物理设计
论文类型: 博士论文
论文专业: 核技术及应用
作者: 彭朝华
导师: 杨天禄,关遐令
关键词: 低温恒温柜,机械调谐器,高质量分辨,谱仪,设计
文献来源: 中国原子能科学研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来,超导技术在加速器领域里的应用越来越广泛。QWR超导腔作为超导技术在低能加速结构上的运用,具有机械稳定度高,TTF范围宽等特点。而铜铌溅射QWR腔又利用溅射技术融合了铌的超导性和铜的良好热导性,具有更好的热稳定性和机械稳定性,成为了低能重离子超导加速结构中很重要的一员。中国原子能院(CIAE)串列升级工程-北京放射性核束装置(BRIF)中的超导增能段基于铜铌QWR超导腔技术,利用4个有效加速梯度为3.5MV/m和有效加速长度为0.18m的铜铌QWR超导腔把束流能量提高2MV/q。 本文利用3D电磁场数值计算软件模拟计算了QWR腔的频率和电场分布,通过与现有的QWR腔实验数据的比较,给出了QWR腔在常温下的设计频率值,并基于常温频率值优化设计出超导腔的几何结构。同时把QWR腔的电场分布引入束流动力学计算软件,分析了QWR的高频性能和束流动力学表现,认为QWR腔电场的不对称性在实际运用时需要仔细考虑。本文还物理上分析计算了机械调谐器、功率耦合器,给机械调谐器和功率耦合器的设计提供了最基本的参考,并基于计算分析结果,进一步优化了QWR腔的几何结构参数。 本文还介绍了串列升级工程ISOL系统中高质量分辨谱仪的物理设计工作。串列升级工程ISOL系统中高质量分辨谱仪要求高达20000的质量分辨率,而离子源和高压平台引起的束流能散远大于高质量分辨所要求的能散。本文基于Hermann Wollnik的想法,详细分析了用不同入射能量的大小铁组成的消能散结构,并利用大小铁之间的翻转匹配段优化大小铁间的匹配以更好地消除能散。谱仪光路的TRANSPORT和TURTLE模拟结果和分析在文中也有介绍。 由于串列升级工程只有一小段超导增能段,作为对低能重离子超导加速动力学的补充,本文还介绍了作者在加拿大TRIUMF实验室为ISAC-Ⅱ工程所做的束流动力学工作和光路设计工作。ISAC-Ⅱ中有4种有不同β值的QWR腔,作者基于已经完成设计工作的两种腔的β值优化了其余的两种腔的β值,并利用3维电磁场计算软件设计了这两种腔的几何结构,计算比较了不同腔型组合的束流动力学。ISAC-Ⅱ高能传输段的设计也在本文中给出。
论文目录:
摘要
Abstract
目录
第一章 引言
第二章 超导腔基础
2.1 超导腔结构
2.2 超导腔性能参数
2.2.1 加速电压V_(acc)和加速电场E_(acc)
2.2.2 品质因子Q_0和几何常数(Geometry Constant)G
2.2.3 分流阻抗(Shunt Impendance)R_a
2.2.4 表面峰值磁场与平均加速电场比值H_(pk)／E_(acc)：
2.2.5 度越因子TTF(Transit Time Factor)
2.3 超导腔的极限
2.4 超导腔材料
第三章 低β超导腔设计与力工
3.1 基本参数的选择
3.1.1 加速梯度E_(acc)
3.1.2 工作频率f_0
3.1.3 同步速度β_0
3.2 腔型几何尺寸的选取和优化
3.2.1 理论解析
3.2.2 电磁场数值模拟
3.3 材料和表面处理
3.3.1 化学抛光和电抛光
3.3.2 高压超纯水冲洗(HPR)
3.4 加工工艺简介
第四章 超导腔高频性能测量
4.1 腔的三种状态
4.1.1 稳定态
4.1.2 卸载态
4.1.3 加载态
4.2 高频测量设备和电子学
4.3 高频测试
4.3.1 耦合强度β和衰减时间常数T_L的测量
4.3.2 Q_0-E曲线测量
4.3.3 影响超导腔的几个因素
第五章 低温恒温柜简介
5.1 低温恒温柜的热绝缘
5.2 低温工程材料与低温测量
5.3 低温恒温柜的泄漏与失超处理
第六章 BRIF QWR超导腔及主要辅助器件设计
6.1 QWR腔设计
6.1.1 频率的选择
6.1.2 QWR腔机械几何尺寸的确定
6.1.3 高频性能和TTF参数
6.2 QWR腔主要辅助器件
6.2.1 高频功率耦合器
6.2.2 机械调谐器
6.2.3 高频功率探测器
6.3 若干技术要求
第七章 BRIF低温恒温柜设计研究
7.1 低温恒温柜结构
7.1.1 真空容器
7.1.2 液氮冷屏
7.1.3 液氦罐和支撑系统
7.2 低温恒温柜工作流程
7.3 密封与隔热
7.3.1 密封
7.3.2 隔热
7.4 其它技术要求
第八章 ISOL高质量分辨谱仪物理设计
8.1 几个物理问题
8.1.1 动量色散、能量色散与质量色散
8.1.2 质量分辨率R_m
8.1.3 双铁系统
8.2 ISOL高质量分辨谱仪设计
8.2.1 概念与布局设计
8.2.2 优化设计
8.3 设计结果
第九章 TRIUMF ISAC-Ⅱ高能加速段和传输段束流光学预研
9.1 超导腔β值的选取
9.2 高β加速段的设计和分析
9.3 高能束流传输段设计
第十章 总结
附录A ISOL谱仪的TRANSPORT输入文件
参考文献
发表文章目录
致谢
发布时间: 2005-12-05
参考文献
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