[發明專利]半波長超導加速腔

無效

• 申請號: 201410016419.6
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103716978A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 何源;岳偉明;何守波;張生虎
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H05H7/20
• 分類號: H05H7/20
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張真

技術領域

本發明屬于粒子加速器技術領域，特別涉及一種射頻超導加速腔。

背景技術

環境與能源是人類賴以生存和發展的基礎。隨著我國經濟社會持續快速增長，能源消費與需求日益增長。全球石化能源消費增加直接導致溫室氣體排放增加，可能是引起全球氣候變化的因素之一，正在威脅人類生存與經濟社會發展。發展清潔能源成為了全球能源發展的優先選擇。加速器驅動的核廢料嬗變系統ADS（Accelerator-Driven?System）是實現清潔能源的一種有效途徑，強流兆瓦級高功率質子加速器是ADS系統中最關鍵的系統之一。

由于常溫加速器熱損耗大、功率利用效率低，無法實現強流的目標，而超導直線加速器具有高能量、高流強、高穩定性、大接受度和低功耗等特點，ADS系統的強流質子加速器需要采用射頻超導加速技術。由于質子加速時，加速粒子的β值（粒子的速度與光速的比值）隨著加速過程變化，因此在整個超導質子加速器中需要采用多種超導腔型，滿足加速各種β值質子的需求，實現整個加速器建造的最優化。橢球超導腔型和輪輻式超導加速腔型（Spoke超導腔）是兩種成熟的超導腔型，橢球超導腔型適合加速高β值的質子，Spoke超導腔適合加速中β值的質子，半波長超導腔適合加速低β值的質子。

目前國際上主要存在兩種類型的半波長超導腔圓柱形（整個外腔筒為圓柱形筒）和擠壓形（外腔筒中間區域為跑道形筒，擠壓形半波長超導腔占束流方向距離短，具有更高的有效加速梯度（超導腔的有效加速電壓比腔體的實際長度）。擠壓形半波長超導腔的一個缺點是，外腔筒中間區域強度低，受氦壓波動形變較大，導致腔體諧振頻率不穩定，加速器難以穩定運行，目前國際上制作出該類型的半波長超導腔，諧振頻率隨氦壓波動變化為60Hz/mbar；擠壓形半波長超導腔的另一個缺點是間隙狹小，高純高壓水很難沖洗到整個腔體的內表面，容易引起場致發射，目前國際上制作出該類型的半波長超導腔，測試的最好結果為峰值電場為42MV/m，對應的品質因數Q0為2×10⁸。

發明內容

本發明的目的在于為避免現有技術的不足，提供一種半波長超導加速腔。適合于加速低β值質子的半波長超導加速腔。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種半波長超導加速腔，其主要特點在于：包括有外腔筒體、芯棒、短路板，所述的外腔筒體的兩端為圓柱形筒體，外腔筒體的中部橫剖面為由兩條直線連接兩個半圓的跑道形筒體，跑道形筒體通過平緩過渡筒體連接兩端的圓柱形筒體；在跑道形筒體的兩側分別穿設有束流管，兩連通的束流管位于腔筒外側的一端分別連接束流管法蘭；在跑道形筒體的兩側還穿設有功率耦合管，兩耦合管位于腔筒外側的一端分別連接功率耦合法蘭；在外腔筒體內的中心線上設置有芯棒，芯棒為薄壁腔，其中部呈跑道形，兩端呈對稱的圓柱形，跑道形芯棒腔與圓柱形芯棒腔之間由平緩過渡芯棒腔連接，在跑道形芯棒腔穿設中心束管，中心束管與外腔筒體束流管位于同一軸線上；外腔筒體與芯棒經上、下兩個圓環形短路板連接。

所述的半波長超導加速腔，所述的上短路板和下短路板分別設有清洗管，所述清洗管的外側分別連接有與外接裝置連接的清潔管法蘭，上短路板的兩清洗管連線與下短路板的兩清洗管連線的夾角γ在40°到90°之間；上短路板的兩清洗管連線與耦合管連線夾角α在20°到45°之間；下短路板的兩清洗管連線與耦合管連線夾角β在20°到45°之間。

所述的半波長超導加速腔，為了克服外腔筒中間區域強度低，受氦壓波動形變較大的缺點，通過機械仿真軟件ANSYS分析，找到受氦壓波動形變量最大區域在外腔筒體中部的平緩過渡面上，為了增加該區域的強度，在外腔筒體中部的平緩過渡面上均設有網格狀加強筋，將外腔筒體中部的平緩過渡面與束流管連接起來，加強筋厚度為3-6mm，加強筋的高度為5-10mm；在芯棒中間的平緩過渡面上均設有半環形芯棒加強筋，芯棒加強筋厚度為3-6mm，芯棒加強筋高度為5-20mm。