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提高超导腔高功率输入耦合器长期稳定运行性能的研究

批准号:
12075263
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
黄彤明
学科分类:
加速器物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄彤明

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
当前,射频超导加速技术已经成为强流、高能粒子加速器上的主流技术。超导加速器具有加速效率高和束流品质优等突出优点,但是其研制难度和集成复杂度均远超常温加速器,因此对运行稳定性的要求也更高。其中高功率输入耦合器是超导腔系统的关键部件之一,其承担着功率传输和真空隔离等多重功能。实践证明输入耦合器是超导腔系统中最为脆弱的部件之一,其性能优劣是影响超导加速器长期稳定运行的重要因素之一。但当前国内外各大加速器实验室尚未全面、系统地开展提高耦合器长期运行稳定性的研究。本项目将阐明耦合器陶瓷窗体损坏的微观机制,明确其与耦合器宏观性能表现之间的关系。通过一系列特定的高功率对比实验,形成一套耦合器后处理、高功率测试、安装集成以及在线运行的标准,并从监测、连锁和数据分析等方面改进耦合器运行的连锁保护系统。本研究对提高超导加速器的长期稳定运行意义重大。
英文摘要
Nowadays, superconducting radio frequency (SRF) has become the major technology of accelerating high intensity and high energy particles. Superconducting accelerator has obvious virtues of higher acceleration efficiency and better beam quality, however, it’s far more challenging than the normal conducting accelerator due to more difficult to develop, more complicated to integration and the resulted more demanding requirement on operation stability. The multi-function of power transferring, vacuum shielding and temperature bridging makes the high power input coupler the most critical and complex component of the entire SRF system. Based on the operation experience, input coupler is one of the most flimsy component which greatly affects the stability of long-term operation of the superconducting accelerator. However, the research on improving the stability of long-term operation of the input couplers has not been carried out comprehensively and systematically in accelerator laboratories at home and abroad. This project is aiming to explore the window microscopic damage mechanism and its relationship with the macroscopic performance such as outgassing, multipacting, arc discharging and so on. Based on a series of specific high power contrast experiment, a set of standard on post-processing, high power test, assembly and on-line operation of the high power input coupler is expected to be developed. The interlock control system shall be improved from the view of monitoring, interlock and data archiving and analysis. This study is of great significance to improve the long-term stable operation of the superconducting accelerators.
当前,射频超导加速技术已经成为强流、高能粒子加速器上的主流技术。超导加速器具有加速效率高和束流品质优等突出优点,但是其研制难度和集成复杂度均远超常温加速器,因此对运行稳定性的要求也更高。其中高功率输入耦合器是超导腔系统的关键部件之一,其承担着功率传输和真空隔离等多重功能。实践证明输入耦合器是超导腔系统中最为脆弱的部件之一,其性能优劣是影响超导加速器长期稳定运行的重要因素之一。.本项目开展了提高耦合器长期运行稳定性的研究,主要研究内容包括:1)深入调研了国内外超导腔高功率输入耦合器的运行故障;2)详细分析了运行中被损坏的多个陶瓷及其表面特性;3)研制了陶瓷片介电常数和介质损耗参数的测试台;4)完成了耦合器陶瓷窗体高功率测试平台的设计和加工制造,并在此基础上进行了高功率实验,研究耦合器的后处理方式、真空度、二次电子倍增效应引起的电子流强度、ARC 打火、窗体温升、腔体场治发射电子轰击效应以及在线运行环境下特有的 X 射线辐射等因素对耦合器性能尤其是对陶瓷窗损坏的影响。.对国内外超导腔高功率输入耦合器的运行故障调研,总结了故障的多发原因,影响耦合器运行稳定性的多个因素,为研究指明了方向;对陶瓷及表面镀层材料的分析,从微观角度上分析了陶瓷窗损耗的微观机制,并且分析了不同陶瓷片的重要参数,为陶瓷窗的选择,工艺改善提供了参考;完成了陶瓷片介电常数和介质损耗参数测试台的研制,该平台将成为陶瓷片和温度过热型坏窗分析的有力工具;完成了耦合器陶瓷窗体高功率测试平台的设计和加工制造,该测试平台可检验陶瓷片各种处理工艺后的高功率性能;在此基础上进行了高功率实验,改进了耦合器高功率测试流程和自动老练方法,并成功将耦合器的打火联锁保护响应时间从100us缩短到了20us,这将极大地降低耦合器的运行风险。
双窗、可调耦合度、连续波型超导腔高功率输入耦合器的研究
ERL超导腔高阶模吸收器的关键技术研究
  • 批准号:
    11005120
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    黄彤明
  • 依托单位:
国内基金
海外基金