CN106231775A - 一种超导回旋加速器y结构内杆螺旋形腔体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，属于回旋加速器的研究领域。本发明通过将单内杆结构螺旋腔体和双内杆结构螺旋腔体相结合，构成新的Y结构内杆螺旋形腔体模型。其中，半径和长度均不相同的前、后两个枝杆的一端分别与加速电极板相连，另一端与中心单内杆相连。本发明提供的Y结构内杆腔体可通过调节中心单内杆的高度、中心单内杆和两枝杆的位置实现对腔体谐振频率和电压分布大范围的调节，改变微调电容与腔体外壳顶端之间的距离来完成对腔体谐振频率的微调。本发明能够有效地改善腔体加速电压分布曲线存在凹陷的问题，提升粒子的平均加速电压，有利于粒子从加速器中引出。

Description

一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体
技术领域
本发明具体涉及一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，属于超导回旋加速器技术领域。
背景技术
回旋加速器是一种利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经过高频电场反复加速以提高粒子能量的装置，其基本结构包括磁铁系统，真空系统和高频系统等等。其中，高频系统包括高频腔体、发射机和低电平系统，为被加速粒子提供能量。高频腔体是为粒子加速而建立加速电压的主要部件。在超导回旋加速器中，由于磁铁采用螺旋形设计，高频谐振腔也必须设计为螺旋形以便贴合磁铁谷区安装。螺旋形的高频腔体设计，会导致分布电容不平衡，进而使加速粒子的电压不平衡，从而不利于粒子的引出。
在超导回旋加速器领域，螺旋腔体一般有单内杆和双内杆两种设计方式。单内杆谐振腔的电压分布曲线有一个大的凹陷，降低了粒子加速的平均电压，不利于加速粒子的引出。双内杆结构谐振腔能够改善单内杆腔体的电压分布，但是腔体电压曲线仍存在一定凹陷。
发明内容
本发明的目的在于针对目前超导回旋加速器高频腔体的电压分布曲线有一定凹陷的问题，结合单内杆结构螺旋腔体和双内杆结构螺旋腔体的优点，提出了一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体新设计。该设计能够很好地改善腔体的电压分布，消除了单内杆高频腔体腔体和双内杆高频腔体电压分布曲线存在的凹陷问题，从而有利于加速粒子从加速器中引出。
本发明的技术方案如下：一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，包括：螺旋形加速电极板(1)、Y结构内杆(2)、内杆的外导体(3)、微调电容(4)和螺旋形腔体外壳(5)。其中，Y内杆采用法兰分别与内杆外导体和螺旋形加速电极板固定连接；微调电容采用法兰与Y内杆的中心内杆连接；上下两个加速电极板的尾部相互连接；内杆外导体采用法兰与腔体外壳固定连接。Y形内杆由一个中心单内杆和两个半径、长度均不相同的前、后两个枝杆构成，两枝杆采用焊接方式与中心单内杆连接。中心单内杆一端与腔体外壳固定连接，另一端与微调电容连接。调整Y结构内杆的中心单内杆的高度、中心单内杆和两枝杆的位置，可实现对腔体谐振频率和电压分布大范围的调节，以得到所需要的腔体谐振频率、无载品质因数和电压分布等。
进一步，如上所述的一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其中所述的螺旋形腔体外壳(5)由磁极边缘向内缩减形成，加速电极板由腔体外壳按比例向内缩小生成。调节腔体外壳与加速电极板之间的加速间隙，可控制腔体电压的利用率和腔体并联阻抗的分布。
进一步，如上所述的一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其中所述的半径和长度均不相同的前、后两个枝杆，根据需求调节前后两枝杆在加速电极板上的位置与粗细，可实现对腔体谐振频率、电压分布的大范围调节。
进一步，如上所述的一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其中所述的Y结构内杆的中心单内杆，改变其高度，可对高频腔体谐振频率进行粗调。
进一步，如上所述的一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其中所述的位于Y结构内杆的中心单内杆顶端的微调电容，改变其与腔体外壳顶端的距离，可对腔体谐振频率进行微调。
进一步，如上所述的一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其中所述的Y结构内杆的中心单内杆穿出腔体外壳，超出部分由外导体包围，其外导体的内径与中心单内杆的粗细均影响高频腔体分布电感值的大小。
本发明针对超导回旋加速器高频系统腔体的需求，有效地优化了腔体电压分布，解决了腔体电压分布曲线存在凹陷的问题，提升了引出区的加速电压，有利于加速粒子从回旋加速器中引出。
附图说明
图1为本发明超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体的结构示意图。
图2是高频谐振腔电压分布曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的腔体内包括螺旋形加速电极板(1)、Y结构内杆(2)、内杆外导体(3)、微调电容(4)和螺旋形腔体外壳(5)。其中，Y内杆的中心单内杆采用焊接的方式与其两枝杆连接，其中心单内杆一端连接内杆外导体，一端连接微调电容；Y内杆采用法兰分别与内杆的外导体和螺旋形加速电极板固定连接；内杆的外导体采用法兰固定于腔体外壳；微调电容采用法兰与Y内杆的中心单内杆连接；上下两个加速电极板的尾部相互连接。螺旋形加速电极板与腔体外壳之间的加速间隙角宽度为38％，加速电极板厚度为12.5mm，上下两加速电极板之间的距离为40mm。Y结构内杆的中心单内杆位于腔体中心线上，同时前后、两个枝杆分别移至接近加速电极板头部和尾部的地方。调整微调电容与腔体外壳顶端的距离，实现对腔体谐振频率的微调。
从图2高频谐振腔电压分布曲线可知，电压分布曲线比较平坦，电压曲线凹陷的问题得到解决，对加速器粒子的引出有着重要的作用。
本发明的高频腔体的谐振频率为72.70MHz，无载品质因数为8200，微调电容距腔体外壳顶端10mm～90mm范围时，可实现约0.2MHz频率带宽的调整。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述Y结构内杆螺旋形腔体包括：螺旋形加速电极板(1)、Y结构内杆(2)、内杆外导体(3)、微调电容(4)和螺旋形腔体外壳(5)；
其中，Y结构内杆(2)由一个中心单内杆和前、后两个枝杆构成，两枝杆采用焊接方式与中心单内杆连接；Y结构内杆(2)通过法兰分别与内杆外导体(3)和螺旋形加速电极板(1)固定连接；微调电容(4)通过法兰与Y结构内杆(2)的中心单内杆的一端连接；内杆外导体(3)通过法兰与螺旋形腔体外壳(5)固定连接。
2.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述螺旋形腔体外壳由磁极边缘向内缩减形成，螺旋形加速电极板由螺旋形腔体外壳按比例向内缩小生成。
3.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述前、后两个枝杆的半径和长度均不相同，根据需求调节前后两枝杆在加速电极板上的位置与粗细，可实现对腔体谐振频率、电压分布的大范围调节。
4.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述Y结构内杆的中心单内杆的高度能够进行调整，可对高频腔体谐振频率进行粗调。
5.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述微调电容与螺旋形腔体外壳顶端的距离能够进行调整，从而对腔体谐振频率进行微调。
6.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述的Y结构内杆的中心单内杆穿出螺旋形腔体外壳，超出部分由所述内杆外导体包围。
7.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述中心单内杆的另一端与螺旋形腔体外壳固定连接。
8.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述加速电极板与腔体外壳之间的加速间隙可以进行调节。
9.如权利要求1所述的超导回旋加速器Y结构内杆螺旋形腔体，其特征在于：
所述螺旋形加速电极板(1)包括上下两个加速电极板，上述两个电极板的尾部相互连接。
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