專(zhuān)利名稱(chēng)：用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，屬于加速器物
理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)際上加速電子的13 = l超導(dǎo)腔普遍采用橢球腔等結(jié)構(gòu)，如特斯拉(TESLA) 超導(dǎo)腔、低損耗(Low loss)超導(dǎo)腔及凹角(reentrant)超導(dǎo)腔。這些超導(dǎo)腔通過(guò)適當(dāng)?shù)?提高腔的束流孔徑可提高其允許的加速流強(qiáng)。但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，目前普通的超導(dǎo)腔 在GeV量級(jí)最終能量的能量回收加速器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ERL)中其設(shè)計(jì)的最高流強(qiáng)只能達(dá)到 100mA量級(jí)，如日本KEK的KEK-ERL model-2超導(dǎo)腔[T Furuya et al. ， in Proceedings of Energy RecoveryLinac Workshop, 2007.]，美國(guó)康奈爾大學(xué)的7-cell超導(dǎo)腔[M. Li印e， in Proceedings of eleventh Workshop onRF_Superconductivity， 2003， MoP33.]。 為了 能夠進(jìn)一步提高超導(dǎo)腔的流強(qiáng)，使其可以在GeV量級(jí)最終能量的能量回收加速器中達(dá)到安 培量級(jí)以上的流強(qiáng)，作者設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)腔。 超導(dǎo)腔通過(guò)腔內(nèi)的射頻電磁場(chǎng)來(lái)加速電子(加速電場(chǎng)為T(mén)M,模，即模)。超導(dǎo) 腔所能加速的最大電流由束流不穩(wěn)定性(Beam break-up，以下簡(jiǎn)稱(chēng)BBU)閾值決定。而B(niǎo)BU 的閾值則與超導(dǎo)腔中高階模衰減情況有關(guān)。超導(dǎo)腔內(nèi)的高階模功率大小受束流大小影響， 越大的加速束流就會(huì)轉(zhuǎn)化更多的束流能量到高階模中，如果高階模不能夠有效快速的衰減 掉，就會(huì)導(dǎo)致束流的品質(zhì)(發(fā)射度、能散、截面積等)變壞及加速束流降低。高階模的衰減 情況直接決定了超導(dǎo)腔的BBU閾值。對(duì)于普通的高平均流強(qiáng)超導(dǎo)腔，高階模的衰減在超導(dǎo) 腔兩端的束管外側(cè)，因此，其對(duì)高階模的吸收比較弱，只能達(dá)到100mA量級(jí)的BBU閾值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，改變 已有射頻超導(dǎo)腔的結(jié)構(gòu)，以提高加速器最大允許加速電流。 本發(fā)明提出的用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，包括多個(gè)橢園形 球腔、束管和翼狀狹縫波導(dǎo)；所述的多個(gè)橢園形球腔相互串聯(lián)，相互串聯(lián)的多個(gè)橢園形球腔 的兩端為束管，每個(gè)橢園形球腔和兩端束管的外壁上沿圓周均布開(kāi)有多個(gè)狹縫，每個(gè)橢園 形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過(guò)相應(yīng)的翼狀狹縫波導(dǎo)相連。 上述射頻超導(dǎo)腔中，所述的橢園形球腔的外形輪廓線為凹角形、低損耗形、橢圓 形、圓形或矩形中的任何一種。 本發(fā)明提出的用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，具有極高的二極 模及四極模的衰減，使GeV量級(jí)的ERL達(dá)到安培量級(jí)的平均流強(qiáng)；能夠達(dá)到安培量級(jí)以上 的BBU閾值；射頻超導(dǎo)腔的高場(chǎng)區(qū)無(wú)焊縫，可以一次沖壓成型，模具單一，因此大大降低加 工難度，節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)的時(shí)間與費(fèi)用，可以大批量生產(chǎn)，并降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的射頻超 導(dǎo)腔中，橢園形球腔的數(shù)目可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要任意取值，與射頻超導(dǎo)腔的已有結(jié)構(gòu)相比，可
3以取比較大的值，以使超導(dǎo)加速器的有效加速部分的比例增大，提高加速效率。


圖1是本發(fā)明提出的用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔的立體圖。
圖2是射頻超導(dǎo)腔的正視圖。
圖3是圖2的G-G截面圖。 圖4是橢園形球腔的外形輪廓線為凹角形時(shí)的示意圖。
圖5是橢園形球腔的外形輪廓線為低損耗形時(shí)的示意圖。
圖1-圖3中，1是橢園形球腔，2是束管，3是翼狀狹縫波導(dǎo)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，其結(jié)構(gòu)如圖1所 示，包括多個(gè)橢園形球腔1、束管2和翼狀狹縫波導(dǎo)3。多個(gè)橢園形球腔1相互串聯(lián)，相互串 聯(lián)的多個(gè)橢園形球腔的兩端為束管2，每個(gè)橢園形球腔1和兩端束管2的外壁上沿圓周均布
開(kāi)有多個(gè)狹縫，每個(gè)橢園形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過(guò)相應(yīng)的翼狀狹縫波導(dǎo)相連。
上述射頻超導(dǎo)腔中，所述的橢園形球腔的外形輪廓線可以為凹角形，如圖4所示， 也可以是低損耗形，如圖5所示。還可以為橢圓形、圓形或矩形中的任何一種，圖中未示出。
本發(fā)明提出的用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔中，橢園形球腔l 可以為1個(gè)至多個(gè)，圖1所示為5個(gè)。橢園形球腔1和束管2上的狹縫及相應(yīng)的翼狀狹縫 波導(dǎo)3的數(shù)目可為1個(gè)至多個(gè)，如圖1所示為3個(gè)。其中翼狀狹縫波導(dǎo)3的縱向長(zhǎng)度L可 選長(zhǎng)或短，如圖2所示。本發(fā)明的射頻超導(dǎo)腔中，橢園形球腔的數(shù)目可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要任意 取值，與射頻超導(dǎo)腔的已有結(jié)構(gòu)相比，可以取比較大的值，以使超導(dǎo)加速器的有效加速部分 的比例增大，提高加速效率。 本發(fā)明提出的用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔中，橢園形球腔l 的最大半徑R與橢園形球腔相互串聯(lián)處的半徑r之比為R : r = 2-5 : 1，如圖3所示。
本發(fā)明提出的用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，其中心腔體為橢 園形球腔，其形狀包括reentrant腔形，即凹角形；low loss腔形，即低損耗形等。在橢園 形球腔的縱向開(kāi)有狹縫，狹縫沿圓周等角度分布，以利于加工。縱向腔壁的狹縫對(duì)超導(dǎo)腔的 n模模式無(wú)太大影響。縱向腔壁的狹縫通過(guò)翼狀狹縫波導(dǎo)相互連接，實(shí)現(xiàn)高階模的導(dǎo)出。 翼狀狹縫波導(dǎo)的Hn。模的基模H1Q模式的截止頻率為100-200MHz左右，對(duì)于波導(dǎo)中二極高階 模、四極高階模、六極高階模激勵(lì)的波導(dǎo)模式Hn。為通頻帶。翼狀狹縫波導(dǎo)的H。n模的基模 H。n模式截止頻率為15GHz(取波導(dǎo)為lcm寬時(shí))，因此，對(duì)ji模在此波導(dǎo)中激勵(lì)的高階模截 止。通過(guò)翼狀狹縫波導(dǎo)，將橢園形球腔內(nèi)的高階模導(dǎo)出并吸收，使超導(dǎo)腔達(dá)到安培量級(jí)以上 的BBU閾值。 本發(fā)明的射頻超導(dǎo)腔對(duì)二極高階模、四極高階模、六極高階模及更高的多極高階
模都具有很強(qiáng)的衰減，對(duì)加速腔的工作模式n模并無(wú)明顯影響。因此本發(fā)明的射頻超 導(dǎo)腔適用于高平均流強(qiáng)超導(dǎo)腔，可以應(yīng)用在幾GeV最終加速能量的能量回收提高加速器 (Energyrecovery linac， ERL)中，使其達(dá)到安培量級(jí)以上的加速電流。
權(quán)利要求
一種用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，其特征在于該射頻超導(dǎo)腔包括多個(gè)橢園形球腔、束管和翼狀狹縫波導(dǎo)；所述的多個(gè)橢園形球腔相互串聯(lián)，相互串聯(lián)的多個(gè)橢園形球腔的兩端為束管，每個(gè)橢園形球腔和兩端束管的外壁上沿圓周均布開(kāi)有多個(gè)狹縫，每個(gè)橢園形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過(guò)相應(yīng)的翼狀狹縫波導(dǎo)相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的射頻超導(dǎo)腔，其特征在于其中所述的橢園形球腔的外形輪廓線為凹角形、低損耗形、橢圓形、圓形或矩形中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于超導(dǎo)加速器的帶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的射頻超導(dǎo)腔，屬于加速器物理技術(shù)領(lǐng)域。包括多個(gè)橢園形球腔、束管和翼狀狹縫波導(dǎo)。多個(gè)橢園形球腔相互串聯(lián)，相互串聯(lián)的多個(gè)橢園形球腔的兩端為束管，每個(gè)橢園形球腔和兩端束管的外壁上沿圓周均布開(kāi)有多個(gè)狹縫，每個(gè)橢園形球腔的狹縫和兩端束管的狹縫通過(guò)相應(yīng)的翼狀狹縫波導(dǎo)相連。本發(fā)明的射頻超導(dǎo)腔，具有極高的二極模及四極模的衰減，使GeV量級(jí)的ERL達(dá)到安培量級(jí)的平均流強(qiáng)；能夠達(dá)到安培量級(jí)以上的BBU閾值；射頻超導(dǎo)腔的高場(chǎng)區(qū)無(wú)焊縫，可以一次沖壓成型，模具單一，因此大大降低加工難度，節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)的時(shí)間與費(fèi)用，可以大批量生產(chǎn)，并降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H05H7/20GK101707850SQ20091023713
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者劉振超 申請(qǐng)人:北京大學(xué)