[發明專利]場穩定性調諧方法

有效

• 申請號: 202210287286.0
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114641121B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 于旭東;雷鈺;邢慶子;鄭曙昕;馬鵬飛;王帥;王學武
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H05H7/22
• 分類號: H05H7/22;H05H9/00;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明涉及一種阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器的場穩定性調諧方法，其中，所述阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器的各個加速間隙分別構成一個加速單元，該方法包括：步驟S1：為阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器構建傳輸線模型，所述傳輸線模型將漂移管、支撐桿和桿耦合器結構等效為傳輸線等效電路中的阻抗參量，能夠根據各桿耦合器插入深度得出直線加速器腔體的工作模式頻率以及各加速單元的電場分布；步驟S2：將桿耦合器插入直線加速器的腔體，不斷測量腔體的傾斜敏感度并根據基于所構建的傳輸線模型從當前桿耦合器插入深度出發向傾斜敏感度最小的方向進行的迭代計算結果調節桿耦合器插入深度，直至得出傾斜敏感度達到要求時的各桿耦合器插入深度。

技術領域

本發明涉及一種場穩定性調諧方法，尤其是一種用于阿爾瓦列茲 (Alvarez)型漂移管直線加速器(DTL)的場穩定性調諧方法。

背景技術

阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器能夠對低能質子束或重離子束進行加速，是質子重離子加速器領域常用的低能直線加速器之一。阿爾瓦茲型漂移管直線加速器通常接在射頻四極(RFQ)加速器后對質子重離子束進一步加速，常用于同步加速器的注入器。

阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器通過在圓柱形諧振腔內沿射束前進方向配置兩個以上中空圓柱形狀的漂移管電極來構成，如圖1所示。對圓柱形諧振腔內提供高頻功率，以漂移管電極之間產生的高頻電場對質子重離子沿射束前進方向進行加速。將漂移管電極的配置設計成當高頻電場的朝向與射束前進方向相反時，帶電粒子存在于漂移管電極之內。各個漂移管電極及兩側的半個漂移管之間的加速間隙分別構成一個加速單元。

阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器的諧振腔工作模式為橫磁(TM)模式，由于射頻結構的特殊性，阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器具有場分布不穩定的特性，即腔體場分布對腔體內部尺寸變化敏感，容易激發其它接近頻率的諧振模式。目前國際上主流提高場穩定性的方法是在漂移管直線加速器腔體中引入桿耦合器結構。由于阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器通常含有大量的桿耦合器并且桿耦合器之間的作用效果相互影響，因此需要依賴場穩定性調諧方法實現場穩定性調諧。如圖2所示。在腔體的冷測調諧過程中通過調整桿耦合器在腔體中的插入深度(即改變桿耦合器與漂移管之間的距離)實現場穩定性調諧。

阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器諧振腔的工作模式為橫磁模式中的 TM010模式，實際上阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器諧振腔中還可以存在其它橫磁模式，其中與工作模式相鄰的橫磁模式為工作模式相鄰橫磁模式 (TM011)模式。在桿耦合器插入腔體后桿耦合器之間共振形成桿耦合器(PC) 模式，其中所有桿耦合器(PC)模式中頻率最高的模式為最高桿耦合器模式 (PC01)模式。

當前，以傾斜敏感度作為阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器的場穩定性的表征指標，傾斜敏感度的測量方式為：測量各加速單元的電壓分布V₁，在阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器入口端和出口端分別引入頻率微擾δf和-δf，再測量擾動后各加速單元的電壓分布V₂，然后以下式計算傾斜敏感度：

T＝(V₂-V₁)/(δfV₁)。 (1)

其中，傾斜敏感度越大表明場穩定性越差。

目前國際上現有的主流阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器的場穩定性調諧方法是試錯法。顧名思義，試錯法需要人為地在調諧過程中對桿耦合器與場穩定性之間的關系進行總結，根據各個加速單元當前的場穩定性及桿耦合器對場穩定性的作用趨勢進行插入深度的估計，在調諧過程中需要調諧人員反復試錯，直到場穩定性達到指標要求。對于桿耦合器數量較多的阿爾瓦列茲型漂移管直線加速器，試錯法會使調諧人員的工作時間和工作量線性增加。

發明內容