HLS儲(chǔ)存環(huán)束流負(fù)載效應(yīng)和高頻系統(tǒng)相關(guān)問題的研究.pdf

1、本論文主要研究了HLS束流負(fù)載效應(yīng)和高頻系統(tǒng)的相關(guān)問題。 對(duì)束流負(fù)載效應(yīng)的基本理論進(jìn)行了總結(jié)和改進(jìn)。目前通常采用的分析方法是Wilson等提出的矢量分解法，在直角坐標(biāo)系中將發(fā)射機(jī)和束流在高頻腔中建立的場(chǎng)進(jìn)行分解，由此導(dǎo)出相關(guān)函數(shù)關(guān)系。這種方法的不足之處是矢量分解后失去了與高頻工程技術(shù)常用處理方法之間的關(guān)聯(lián)。推導(dǎo)過程較為繁瑣，表達(dá)式比較復(fù)雜，且顯含非自變量，不能直接得到與高頻運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系。本文的改進(jìn)之處是，完全從高頻工程技術(shù)的角

2、度分析束腔相互作用，基于束流的導(dǎo)納等效，以高頻系統(tǒng)運(yùn)行中幅控環(huán)控制的腔壓和頻控環(huán)控制的等效失諧角(予失諧角)以及束流流強(qiáng)作為自變量，得到了發(fā)射機(jī)輸出功率和高頻腔失諧角與這些自變量之間的關(guān)系。推導(dǎo)過程比較簡(jiǎn)明，相關(guān)公式可以直接作為高頻參數(shù)設(shè)置的計(jì)算依據(jù)。并且這種推導(dǎo)方法使以下結(jié)論變得非常明確，即無論怎樣設(shè)置高頻參數(shù)，要使束流離Robinson不穩(wěn)定性邊界更遠(yuǎn)，一定需要發(fā)射機(jī)輸出更多的功率。 HLS在200MeV注入階段最大的困難是

3、注入腔壓只能設(shè)置在40-50kV左右，由此產(chǎn)生的問題是束流負(fù)載效應(yīng)非常嚴(yán)重，300mA流強(qiáng)對(duì)應(yīng)的束流負(fù)載因子Y約為13，而目前絕大多數(shù)儲(chǔ)存環(huán)運(yùn)行在10以下。同時(shí)注入束的瞬態(tài)效應(yīng)也很強(qiáng)，10mA的注入束瞬態(tài)下在高頻腔中所建場(chǎng)接近發(fā)射機(jī)建場(chǎng)的一半。導(dǎo)致在高流強(qiáng)下束流不穩(wěn)定，表現(xiàn)為頻繁部分掉束甚至全部丟失。針對(duì)這種靜態(tài)和瞬態(tài)負(fù)載效應(yīng)都很嚴(yán)重的情況，依據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將予失諧角設(shè)置在45。左右(其它儲(chǔ)存環(huán)通常為5-10°)，使靜態(tài)束流遠(yuǎn)離

4、：Robinson不穩(wěn)定性邊界，并為注入束留有足夠的穩(wěn)定余量。對(duì)幅控環(huán)參數(shù)應(yīng)該如何設(shè)置以適應(yīng)重束流負(fù)載也進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過比較不同注入方式的效果和幅控環(huán)參數(shù)的測(cè)量，以及對(duì)瞬態(tài)過程的計(jì)算分析，證實(shí)了幅控環(huán)的增益如果按照其它儲(chǔ)存環(huán)上完全可行(在HLS800MeV運(yùn)行階段也沒有問題)的常規(guī)設(shè)置(約30dB)，在注入過程中則顯得過高，對(duì)注入瞬態(tài)的響應(yīng)會(huì)影響束流穩(wěn)定。因此適當(dāng)?shù)亟档土朔丨h(huán)的增益和帶寬，減小環(huán)路在瞬態(tài)過程中對(duì)束流的沖擊，同時(shí)兼顧

5、800MeV供光階段對(duì)腔壓穩(wěn)定的要求。取得了明顯效果，注入中高頻系統(tǒng)可以承受較高的注入速率，束流增長(zhǎng)穩(wěn)定，掉束現(xiàn)象很少發(fā)生。只要注入速率能保持在1.5mA以上，束流流強(qiáng)可以穩(wěn)定而迅速地達(dá)到300mA以上，最高達(dá)到360mA。為了對(duì)四極管發(fā)射機(jī)輸出特性進(jìn)行線性近似，引入了高阻電流源等效模型，得到了任意負(fù)載下的輸出功率表達(dá)式。由于四極管發(fā)射機(jī)為非匹配源，以往在研究它和高頻腔直接相連的情況下與束流的相互作用時(shí)，一般只進(jìn)行定性分析。而該模型則可

6、以給出更詳細(xì)的描述。利用功率表達(dá)式計(jì)算了當(dāng)四極管發(fā)射機(jī)與高頻腔直接相連時(shí)，傳輸線長(zhǎng)度對(duì)束腔相互作用穩(wěn)定性的影響，其結(jié)論與相關(guān)實(shí)驗(yàn)一致。 研制了高頻聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)高頻腔真空變差、腔過功率、腔饋入點(diǎn)超溫、環(huán)行器缺水等故障進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)。并實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)行器打火的快速保護(hù)，保證了環(huán)行器的運(yùn)行安全。 利用高性能儀器，構(gòu)建了新的高頻剔除(RFKO)系統(tǒng)，獲得了最高流強(qiáng)18mA的單束團(tuán)以及其它不均勻填充模式(例如3串6束團(tuán))。研究

7、了HLS的單束團(tuán)振蕩現(xiàn)象，以及在多束團(tuán)運(yùn)行方式下單束團(tuán)振蕩與多束團(tuán)集體不穩(wěn)定的關(guān)系。 研究了高頻加速場(chǎng)幅相調(diào)制對(duì)束流壽命增長(zhǎng)的作用。結(jié)果表明采用調(diào)制頻率接近同步振蕩頻率f<,s>的高頻幅度調(diào)制，可以提高束流壽命。同時(shí)觀察到束流頻譜中高次分量的降低，這有利于抑制多束團(tuán)耦合不穩(wěn)定性。 提出了一種新的束流負(fù)載效應(yīng)補(bǔ)償模式-調(diào)頻，并進(jìn)行了原理性實(shí)驗(yàn)。與當(dāng)前采用的調(diào)諧運(yùn)行方式相比，調(diào)頻方式具有純電路化，響應(yīng)速度快，可以構(gòu)建快速反饋