[發明專利]同步回旋加速器調制頻率測試方法

有效

• 申請號: 201810686061.6
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN109100567B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李鵬展;張天爵;紀彬;郭娟娟;尹蒙
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: H05H13/02
• 分類號: H05H13/02
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 曹曉斐

本發明公開一種同步回旋加速器調制頻率測試方法，涉及同步回旋加速器技術領域，所述測試方法步驟包括：選取旋轉電容的運動模式為位置模式，設置步進角度固定的周向運動，對同步回旋加速器腔體進行頻率掃描得到腔體本征頻率區間f₁～f₂；選取腔體本征頻率中的頻率值f₀，停止旋轉電容驅動器；調節腔體耦合電容，使得在f₀處腔體的S參數中S₁₁小于?15dB；設置信號源頻率為f₀，功率為10dBm，連續模式，并將其輸出信號連接至腔體的耦合端，同時將腔體電容取樣信號連接至示波器；選取旋轉電容的運動模式為速度模式，將旋轉電容轉速提升至設計轉速；利用示波器測試取樣腔體電容取樣信號的尖峰之間的時間間隔ΔX，1/ΔX即為同步回旋加速器的調制頻率。

技術領域

本發明涉及同步回旋加速器技術領域，更具體地說，它涉及一種同步回旋加速器調制頻率測試方法。

背景技術

回旋加速器是利用磁場和電場共同使帶電粒子作回旋運動，在運動中經高頻電場反復加速的裝置，是高能物理中的重要儀器。

現有的回旋加速器，主要結構是在磁極間的真空室內設置兩個半圓形的金屬扁盒(D形盒)隔開相對放置，D形盒上加交變電壓，其間隙處產生交變電場。置于中心的粒子源產生帶電粒子射出來，受到電場加速，在D形盒內不受電場力，僅受磁極間磁場的洛倫茲力，在垂直磁場平面內作圓周運動。繞行半圈的時間為πm/qB，其中參數q為粒子電荷，m為粒子的質量，B是磁場的磁感應強度。如果D形盒上所加的交變電壓的頻率恰好等于粒子在磁場中作圓周運動的頻率，則粒子繞行半圈后正趕上D形盒上電壓方向轉變，粒子仍處于加速狀態。由于上述粒子繞行半圈的時間與粒子的速度無關，因此粒子每繞行半圈受到一次加速，繞行半徑增大。經過很多次加速，粒子沿螺旋形軌道從D形盒邊緣引出，能量可達幾十兆電子伏特(MeV)。但是隨著粒子速度的增大，根據相對論效應，粒子的質量也將會增大，粒子繞行周期變長，從而逐漸偏離了交變電場的加速狀態。為解決上述問題，出現了同步回旋加速器。

同步回旋加速器(synchrocyclotron)是為了克服上述經典回旋加速器的極限能量的限制而發展起來的回旋式加速器，又稱穩相加速器或調頻回旋加速器。它與經典回旋加速器的主要區別在于采用了調頻技術，使粒子被加速過程中，腔體(加速電場所在腔室)的頻率隨粒子的回旋頻率同步下降，以保持諧振加速條件，進而突破了上述經典回旋加速器中相對論性質量增加對提高能量的限制。

在同步回旋加速器的應用當中，當某一粒子束流引出后，腔體頻率快速回調到初始加速頻率，繼續下一束團的加速。離子被周期性加速所對應的時間即調制時間，其倒數即為調制頻率。同步回旋加速器腔體頻率的變化一般通過周期性的旋轉電容實現。基于上述介紹可以看出，在同步回旋加速器的控制中，腔體頻率對應的調頻技術，其精確應用能夠大大提升同步回旋加速器的性能，由此可見，同步回旋加速器調制頻率的測試十分重要。當前，上述調制頻率的測試通常都是通過諧振回路參數測試等方式間接測得的，且測試過程中腔體本征頻率對測試結果存在著干擾，最終使得測試結果誤差較大。

發明內容

針對實際運用中存在的缺陷，本發明目的在于提供一種同步回旋加速器調制頻率測試方法，能夠實現對調制頻率的直接測試，以核實調制頻率是否滿足同步回旋加速器的設計要求，具體方案如下：

一種同步回旋加速器調制頻率測試方法，基于在同步回旋加速器腔體中設置周期性旋轉電容以及旋轉電容驅動器，所述旋轉電容包括旋轉電容轉子葉片及旋轉電容定子葉片，包括如下步驟：

1)選取旋轉電容的運動模式為位置模式，設置步進角度為0.5°-2°的周向運動，相鄰兩次運動間隔設定時間，同時利用網絡分析儀對同步回旋加速器腔體進行S參數的頻率掃描，得到腔體的整個本征頻率區間，記為f1～f2；

2)選取腔體本征頻率區間f1～f2中接近中間頻率的一頻率值f0，停止旋轉電容驅動器；