条带型纳秒脉冲冲击器设计研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:MM27291457
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同步辐射光源是众多基础学科研究的重要工具之一,目前已经发展到接近衍射极限的第四代光源。为了减小束流发射度,衍射极限储存环在设计时采用了高梯度的四极铁和六级铁,增加了非线性效应,导致束流动力学孔径减小,传统的离轴凸轨注入法将不再适用。纵向累积注入和置换式注入属于在轴注入,对动力学孔径要求较低,能够满足衍射极限储存环的注入要求。在这类注入方法中,条带型纳秒脉冲冲击器是关键部件。由国家同步辐射实验室提出的合肥先进光源(Hefei Advanced Light Facility,HALF)是一个基于衍射极限储存环的第四代光源,目前预研工作正在进行,其中离轴注入和在轴注入方案都在预研范围内。本文主要介绍了应用于HALF在轴注入方案的条带型纳秒脉冲冲击器的设计与研究情况。对在轴纵向累积注入原理进行了分析,给出纵向注入方案对纳秒冲击器的技术要求。在已有文献的基础上,改进了用于研究冲击器、束团、高压纳秒脉冲之间关系的时序图,得到更完善的纵向累积注入方案中储存环内束团与纳秒脉冲的时序关系。并以此推导了冲击器电极长度和高压脉冲形状,幅值间的联系。根据传输线理论,介绍了条带型纳秒冲击器的工作原理,总结了冲击器的各种模式及命名方法,以及不同模式下特性阻抗间的关系。使用CST仿真设计了应用于HALF纵向累积注入方案的条带型冲击器。从s参数,特性阻抗,场均匀度,最大场强,束流耦合阻抗等几个方面分析了冲击器的性能。介绍了样机的加工方案,安装过程。对加工好的样机进行了基本测试,使用网络分析仪测量样机的传输与反射参数,与仿真结果吻合较好。使用TDR模块测试冲击器差模特性阻抗,与CST仿真结果也比较符合。使用双极性高压纳秒电源对冲击器进行脉冲传输测试。结果显示,冲击器具有良好的传输特性,幅值衰减,波形畸变和反射都很小,验证了设计的合理性。根据第一代样机的测试结果提出优化改进,通过特殊定制的真空连接器实现和电极的连接,改善了冲击器的性能。对脉冲冲击器损失因子及阻抗进行了模拟计算,设计了一种新颖的具有拉紧测量线功能的阻抗匹配过渡段。在测量冲击器纵向束流耦合阻抗时,有效解决测量线的安装和拉紧问题。最后对冲击器的阻抗进行了测试。
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