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中国科学院近代物理研究所为SSC增建的直线注入器—SSC-LINAC以对其重离子研究装置(HIRFL)进行升级改造。论文以其中作为主要加速结构的4个IH结构DTL的设计及一号腔的冷模测量为主要内容。这是国内首台多间隙IH-DTL腔体,面临设计、加工及测量方面的诸多考验。 IH-DTL腔体的功能是产生加速束流所需的射频电场,对其要求主要有分路阻抗高、机械特性好、电稳定性好、场分布误差小等。 电磁设计阶段利用三维有限元仿真软件CST-MWS做了对腔体的模拟计算与研究。对腔体简化模型的模拟给出了四个DTL腔体的基本结构参数及高频参数;带有调谐系统、耦合环、机械连接部件的完整三维模型的模拟给出了一号腔体实际运行时的一些必要参数。论文着重对DTL-Tank(1)从加速电场的质量、腔体总功耗两方面进行了设计优化。加工阶段跟踪了腔体机械加工的过程,并在加工完成后进行了相关的冷模测量工作。此外,腔体的束流动力学及热分析也做了简要介绍。优化的目标主要是腔体的一些基本参数,如分路阻抗、谐振频率、各加速单元的有效积分电压、渡越时间因子等。 为了检测腔体的有限元模拟与实体测量所得高频参数之间的差别,我们建造了腔体内部漂移管及其支撑结构的铝模型并进行了冷模测量。通过改变T型板的宽度最终将腔体谐振频率调整到了53.667MHz。的设计值。针对Q值偏低的问题,通过分析模拟数据及测量数据,提出了一些解决方法。最终原腔的测量显示频率调谐范围达到了设计的52.12MHz到54.12MHz的理想值,测量所得场分布的误差也在1%以内。 论文的创新点主要是:1)利用三维模拟软件CST自带的VBA宏编程做代入离散电场的单粒子模拟,评估了四个DTL腔体中横向二极场对束流横向位移及横向动量的影响,结果显示横向动量可以忽略;2)对每个加速单元独立建模分析其电容、加速电压、渡越时间因子等,最终设计以能增益误差代替电场不平整度作为DTL纵向场分布调节的标准,最大限度地减少了人为误差。此外,目前国内还没有建造IH结构的DTL腔体,DTL-tank(1)的设计制造及冷模测量填补了此项空白。 DTL-Tank(1)已经经过了设计优化、制造、冷模测量,目前正准备开始做最后的钎焊。论文中的谐振腔相关的方法及流程将为其余三个DTL腔体的设计加工提供经验参考。