高增益可调节驻波谐振式耦合器锻炼系统研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:gzhaohuo892
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高功率耦合器是粒子加速器高频系统中不可或缺的组成部分,同时也是高频系统中相对脆弱的部件。在高功率耦合器正式上线使用前,为检验和提高其运行稳定性,需要对其进行离线锻炼。针对大型加速器而言,对大批量耦合器进行常规的离线锻炼需要为其配备大量高功率微波源,而这往往意味着难以承受的巨大经济成本。为了以尽量小的经济代价完成对大量耦合器的有效锻炼,需要降低离线锻炼系统对功率源输出功率的需求与此同时需要保证锻炼的充分性。中国加速器驱动嬗变研究装置China initiative Accelerator Driven System(Ci ADS)配置有约150支高功率耦合器,因此同样需要离线锻炼系统能够以尽量低的功率需求完成对高功率耦合器的充分锻炼。为了降低高功率耦合器离线锻炼所需要的功率源输出功率,行业内通常使用谐振锻炼的技术。而针对耦合器的谐振锻炼技术而言,现有的方案存在着各自的局限性,尚不能够充分满足Ci ADS的工程需求。而现有耦合器谐振锻炼技术方案的局限性主要包含两个方面:1)系统的增益不高,无法大幅降低锻炼所需的功率源输出功率;2)高功率耦合器内的场分布不可调节,无法让耦合器器壁得到峰值场的覆盖式扫描以使耦合器得到充分的锻炼。本文经过系列研究,提出了一种高增益及场分布可调节的驻波谐振锻炼系统,然后从系统等效电路模型出发对所提出的方案展开了增益的理论分析,并根据增益分析的结果对系统展开物理设计和仿真,确定了驻波谐振腔的半波长数以及馈电耦合器的天线结构。然后基于物理设计的结果对系统展开机械结构设计与加工实现,且最终建成了锻炼系统的原理验证装置,并对该装置展开了冷测和功率测试。冷测结果表明:1)该驻波谐振锻炼方案可以实现驻波谐振场在高功率耦合器中的半波长移动,保证了锻炼的充分性;2)该驻波谐振锻炼方案的增益可以达到50-94(等效行波功率增益为200-376),实现了系统的高增益性。通过功率测试与冷测结果的对比,作者验证了系统功率增益前后的一致性,同时通过功率测试作者发现并研究了两种不同类型的二次电子倍增效应(MP)对驻波谐振锻炼系统增益的影响,并厘清了相应的影响机制。
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