[發明專利]降低打火幾率的射頻四極加速器

在審

• 申請號: 202211259371.2
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115484726A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 張周禮;李晨星;何源;黃玉璐;徐顯波;王若旭;秦偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;H05H7/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

本申請涉及降低打火幾率的射頻四極加速器，通過射頻四極加速器電極結構的特定設計降低射頻四極加速器打火幾率，最終提高射頻四極加速器的長期運行穩定性和可靠性。腔體最大表面電場和最大功率流密度是影響射頻四極加速器打火幾率的兩個主要因素，本申請通過腔體電極分段位置的選擇和電極極頭橫截面形狀的優化來降低這兩個量的極值，從而降低射頻四極加速器的打火幾率。在腔體電極分段時，將分段位置選在射頻四極加速器加速單元縱向曲線的切線斜率最大處，以降低腔體最大表面電場；在確定電極極頭的橫截面形狀時，將外切角度設為15～17度，以降低最大功率流密度。

技術領域

本申請涉及離子加速器加速結構領域，尤其是涉及降低打火幾率的射頻四極加速器。

背景技術

射頻四極(RFQ)加速器的出現對世界粒子加速器的快速發展起到了巨大的推動作用。RFQ加速器集束流加速、聚焦和聚束于一體，主要適用于低能束流的加速，一般用作中高能加速器的注入器。由于在低能段對束流具有很好的聚焦作用，RFQ加速器尤其適合用于加速高流強束流，例如美國散裂中子源(SNS)RFQ的束流強度約40mA，國際聚變材料輻射裝置(IFMIF)RFQ的束流強度高達130mA。

隨著粒子加速器在科研和工業領域的廣泛應用，人們對加速器的運行穩定性和可靠性提出了非常嚴格的要求，例如，加速器驅動核廢料嬗變處理(ADS)裝置，一年內加速器大于1s小于10s的停束次數須小于2500次，大于5分鐘的停束次數一年內須小于25次；這些項目對作為注入器的RFQ(10mA，強流)提出了苛刻的穩定性和可靠性要求。然而，截止目前，國內外已經建成的強流RFQ加速器都沒有在設計指標下長時間穩定運行，其中，最常見的問題是腔體打火。通常，人們可以通過RFQ加速器腔體的超聲波清洗和高壓水清洗來降低打火幾率，主要目的是去除腔體表面的油脂類吸附物和微小突起、雜質等潛在的打火點，但這些方法的效果并不太理想。因此，從RFQ腔體設計上，尤其是從打火的主要部位(電極)的設計上降低打火的幾率，將對提高RFQ加速器的穩定性和可靠性具有非常重要的意義。

發明內容

針對上述問題，本申請的目的是提供一種降低射頻四極加速器打火幾率的的電極結構的優化設計，以有效提高射頻四極加速器的長期運行穩定性和可靠性。

為實現上述目的，本申請采取以下技術方案：

一種降低打火幾率的射頻四極加速器，包括：

射頻腔體，射頻腔體由多個腔壁板圍合而成；

支撐臂，支撐臂從腔壁板的內表面朝向射頻腔體的中心軸線延伸；

電極，電極通過支撐臂支撐在射頻腔體內；

端板，端板設置在射頻腔體的兩端處，以封閉射頻腔體；

束流孔，束流孔設于端板的中心處；和

調諧器，調諧器設于腔壁板上，用于調整射頻腔體的諧振頻率。

電極的橫截面的外切角角度為15～17度。

電極在縱向方向上成波浪形。

在射頻腔體分段時，射頻腔體的分段位置選在加速器的加速單元縱向曲線的切線斜率最大位置處。

本申請由于采取以上技術方案，其具有以下優點：

通過電極結構的特定設計降低射頻四極加速器的打火幾率，最終提高射頻四極加速器的長期運行穩定性和可靠性。

本申請的射頻四極加速器，在腔體電極分段時，將分段位置選在加速單元縱向曲線的切線斜率最大處，可以有效降低腔體最大表面電場；在確定電極極頭的橫截面形狀時，將外切角度設為15～17度，將有效降低射頻四極加速器腔體的最大功率流密度。腔體最大表面電場和最大功率流密度的降低，將極大地降低射頻四極加速器腔體的打火幾率，從而明顯提高射頻四極加速器的長期運行穩定性和可靠性。