[實用新型]連續波射頻四級加速器水冷系統

有效

• 申請號: 201220707792.2
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN203027589U
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 張力平;孫安;薛培培;劉克
• 申請（專利權）人: 長安大學;江蘇德佐電子科技有限公司;江蘇安德信超導加速器科技有限公司;南京大學
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;H05K7/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型涉及一種水冷系統，特別是一種連續波射頻四級加速器水冷系統。

背景技術

射頻四極場（Radio?Frequency?Quadrupole,RFQ）加速器是一種能同時用其射頻電場的徑向分量進行聚焦和縱向分量進行加速、適用于從質子到鈾離子等各種低速帶電粒子的高效直線加速結構。它集匹配、成形、聚束和加速等多種功能于一身，可直接接受從離子源引出的低速強流連續束流，并以極高的俘獲效率和較低的發射度增長把粒子加速到每核子幾個MeV的能量。另外，由于體積小巧和使用方便等優點，RFQ加速器不管作為大型加速器的注入裝置還是作為獨立使用的設備都極具研究和實用價值。

近年來，國內外對于散裂中子源、加速器驅動潔凈核能源和其它高功率質子束所呈現的廣泛興趣，以及由此引起的對強流、高功率質子加速器的迫切要求，更對用作它們前級加速結構的射頻四級加速器提出了種種新的要求，特別是對射頻四級加速器能在高占空比、甚至在連續波工作狀態下加速強流質子束，對其運行的穩定性和可靠性提出了空前嚴格的要求。

射頻四級加速器在運行過程中產生的大量熱會引起加速器的頻率漂移，因此冷卻結構是保證它穩定運行的前提，目前的常溫射頻四級加速器都采用水冷的方式，水冷具有兩方面作用，首先它可以把射頻場發熱帶走，維持射頻四級加速器腔的熱穩定性且限制了腔體形變幅度；其次，當射頻四級加速器失諧時，它還可以用來進行調諧而不影響射頻場分布。附圖1是脈沖射頻四級加速器其翼片剖視圖，顯示了水冷系統，常溫射頻四級加速器的水冷系統一般由翼片上的一根或數根通透直線水冷管路組成，該結構會導致以下兩個問題：1、翼片散熱不均勻，靠近水冷管路的地方最先得到冷卻；2、在連續波狀態下，翼片和整個射頻四級加速器的溫度不能有效精確控制，結果面臨的應用困難是其冷卻問題和由于溫度變化引起的頻率飄逸。

為了解決這兩個問題，國內外的研究機構把精力集中于多開幾根通透直線水冷管路且在開通位置上進行優化。1980年，Los?Alamos國家實驗室在其射頻四級加速器系統的銅腔上，每個電極開了一個水冷管路。隨后，他們建議的ADS系統工作于連續波狀態下，為了檢驗系統的可行性，他們制成了一臺低能示范加速器，在低能示范加速器系統中，為了使射頻四級加速器腔的電極得到良好的冷卻，每節腔的四翼電極上都有6個水冷管路，腔的調諧通過控制冷卻水的水溫來實現。韓國原子能研究院PEFP研究項目組研制的射頻四級加速器工作于脈沖模式下，內部開了一個水冷管路。中國科學院高能物理研究所通過ANSYS程序設計了用于中國散裂中子源射頻四級加速器的水冷管路的位置、尺寸、流量等基本參數，最后確定了用5個水冷管路來保證高功率運行下腔體的熱變形得以有效控制，該射頻四級加速器工作于脈沖模式；運行在連續波狀態下的射頻四級加速器，產生的熱量明顯增加，中國潔凈核能源用射頻四級加速器工作于連續波模式，仍然采用5個水冷管路來保證電極翼片的熱穩定性。

連續波射頻四級加速器運行過程中產生的熱量遠高于脈沖射頻四級加速器，而散熱性的好壞會直接影響射頻四級加速器的工作穩定性。如果單靠增加水冷管路的數目來保證散熱性，可能不能滿足冷卻要求，而且可能帶來加工困難和隨之而來有可能產生的系統漏水問題，且使得外圍配套設備復雜化。

實用新型內容

實用新型目的：針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種解決連續波射頻四級加速器散熱問題的水冷系統。

技術方案：一種連續波射頻四級加速器水冷系統，翼片內設有水冷管路，所述翼片為分片結構，所述水冷管路呈盤盒蛇形開設于所述翼片的分片的對接面上，所述水冷管路周圍開設焊料槽。

所述水冷管路沿所述翼片長度方向分段開設，每段的進口和出口分別引出。

所述水冷管路在所述分片的對接面上開設的位置、形狀相對應。

有益效果：與現有技術相比，本實用新型的優點是蛇形水冷管路相比于通透直線水冷管路體積增加，水冷透徹、效率高，解決了射頻四級加速器在連續波運行下的散熱問題，散熱性得到大幅提升，能夠更加精準地控制射頻四級加速器的頻率，保證束流穩定性，從而使加速性能得到有效的穩定和提高。

附圖說明

圖1為脈沖射頻四級加速器其翼片剖視圖；

圖2為本實用新型翼片的分片立體結構示意圖；

圖3為本實用新型中對整體翼片線切割成兩片的切割位置示意圖；

圖4為本實用新型翼片外部結構示意圖；

圖5為本實用新型翼片的主視透視圖。

具體實施方式