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超导腔因其突出的低损耗优势,越来越多的应用于现代粒子加速器中。在粒子加速器中,将功率馈送到超导腔并能满足严格的运行要求,则需要一套能够稳定运行在指定功率水平的输入耦合器。输入耦合器的研制是国际上射频超导领域备受关注的热点领域,其中质子加速器极低β的Spoke超导腔输入耦合器的研究尚未深入开展,本论文以ADS(Accelerator Driven Sub-critical System)大工程背景为契机,开展了对ADS注入器Ⅰ低β超导Spoke腔输入耦合器的研制。 输入耦合器是超导腔系统中,与腔体关系最为密切、最重要、结构最复杂的部件之一。输入耦合器需要在一定的工作模式下(如连续波、脉冲波、行波、驻波),将一定频率、一定数量的微波功率馈入到超导腔,并在超导腔一侧保证低温和高真空度,同时不对超导腔的性能造成影响,因此输入耦合器的设计面临着非常严格的要求。 本论文对输入耦合器进行了深入的研究和一系列探索,包括物理设计、结构设计和工程设计,对耦合器进行了较完备的仿真计算,以得到最优化的结构,减少了潜在的问题和危害,最终完成的耦合器设计方案采用了单窗结构隔离真空、单支波纹管结构来协调与低温槽的配合。以设计方案为依据,立足国内现有工艺水平,完成了本课题输入耦合器的加工制造,攻克了加工过程中一系列难点,并着重对耦合器镀铜层厚度进行了实验研究,这一研究为进一步探索铜镀层奠定了实验基础,也为其他工作频率的耦合器镀层厚度提供了借鉴意义。在与超导腔组装之前,输入耦合器进行了老练与高功率测试,并且能够稳定运行在连续波行波10kW(受发射机功率限制)及连续波驻波5kW功率水平。这一功率水平在国际上同类超导腔输入耦合器中处于领先水平。与超导腔组元安装后,输入耦合器与超导腔一起成功进行了4K温度下的低温测试。2015年,耦合器与两支超导腔串集成于低温恒温器内,实现带束流运行,这也是国际上首个带束运行的Spoke超导腔耦合器。