HIRFL高频腔体功率耦合匹配实验研究.pdfVIP

　第 15 卷 　第 5 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 5 　 　2003 年 5 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS May ,2003 　 文章编号 (2003) HIRFL 高频腔体功率耦合匹配实验研究 郑启文 , 　张生虎 , 　高宜海 , 　李智慧 , 　郁 　奇 , 　俞鸣峰 ( 中国科学院 近代物理研究所, 甘肃 兰州 73000) 　　摘 　要 : 　介绍了 HIRFL 主加速器 SSC 高频腔体功率馈入耦合匹配系统的研究 ,实验结果表明 ,通过改变 耦合环角度可更好地实现高频腔体和高频发射机之间的匹配 ,提高了高频腔体电压和高频发射机的工作效率。 　　关键词 : 　高频腔体电压 ; 功率馈入 ; 耦合匹配 　　中图分类号 :O 　　　　文献标识码 :A 　　HIRFL 主加速器 SSC 高频腔体电压设计值为 100～250kV ,分别对应 6. 5～14MHz 的频率范围。但是 , 自 从 HIRFL 投入运行以来 ,SSC 高频腔体电压一直工作在其设计值大约一半的电压下 ,这在很大程度上影响了 主加速器 SSC 引出的束流强度。 　　随着兰州重离子加速器冷却储存环 HIRFLCSR 的建设 ,需要从 SSC 引出更强的束流。提高 SSC 高频腔 体电压 ,对于提高 SSC 的注入效率和引出效率是非常必要的。影响 SSC 高频电压的主要因素是高频发射机与 高频腔体之间的匹配问题。以前因为对高频腔体耦合匹配性能研究不足 ,再加上 SSC 高频腔体中位置固定的 耦合环难以满足 6. 5～14MHz 工作频带的匹配要求 ,造成高频反射功率较大 ,限制了高频腔体电压的进一步提 高。本文通过对耦合环角度与耦合程度的实验研究与分析 ,提出一种提高 SSC 高频腔体电压的可行方法。 1 　高频腔体耦合匹配研究 ( ) 　　HIRFL 主加速器 SSC 高频腔体 图 1 采用电感耦合 方式馈入高频功率。耦合环位于高频腔体内侧上方 ,耦合 θ 环与高频腔体内杆形成一定的夹角 。当耦合环平面垂直 θ 于高频腔体内杆轴线时 ,夹角 = 0 。通过调整该夹角可以 改变耦合环与腔体的耦合程度 ,夹角越小耦合越强。 　　对于某一频率 ,高频腔体可以等效为一个 RLC 并联谐 振回路。其谐振频率 ω ,等效电感 L ,并联阻抗 R ,等效电 0 容 C ,加速间隙的峰值电压 V P ,腔体品质因数 Q 值以及消 耗功率 P 之间满足如下关系 : 2 V P R Q0 1 ω Fig. 1 　SSC RF cavity 　R = , 　L = , 　C = , 　 0 = 。 2 P ω Q ω R 0 0 0 L C 图 1 　SSC 高频腔体示意图 　　电感耦合方式的耦合环应放在高频腔体内部磁场较强 的区域 ,通过高频磁场的相互作用 ,将高频发射机产生 的高频功率馈入高频腔体。其作用可以用耦合环自感 L C 及其与腔体的互感 M 来等效。电感耦合高频腔 体的等效电路如图 2 所示。 　　通过求解图 2 回路方程 ,得到高频腔