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高次模的抑制问题和高次模功率的吸收是超导高频腔研制和应用领域的重要课题。高次模不仅会影响束流稳定性,还会在超导腔运行中带来额外的热损耗,影响超导腔本身运行的稳定性,所以必须对高次模进行深度抑制。本文在对超导腔中的高次模进行分析的基础上,主要论及了高次模抑制方案的确定和高次模吸收器的设计、前期实验研究以及测试方法和技术的探索研究。
本论文首先利用各种电磁场软件,通过数值模拟优化设计获得了高次模吸收器的最佳长度,高次模吸收器的安装位置,计算得到了各高次模的分路阻抗满足上海光源束流不稳定性的要求。其次,计算了新腔型超导腔模组的损耗因子,得到超导腔模组中高次模吸收器所需要吸收的功率,为高次模吸收器的工艺设计和吸收材料的选择提供了依据。最后本论文给出了500MHz超导高频腔高次模吸收器的完整的物理设计方案。
本文在高次模吸收器理论设计的基础上,完成了高次模吸收器的机械设计。首先提出了高次模吸收器的机械设计思想,确定选择了铁氧体C48作为我们的吸波材料,同时选择钨铜合金作为衬底的工艺方案。其次,文中探讨了高次模吸收器成型中重要的工序:铁氧体表面金属化的镀膜工艺和高次模吸收器的成型工艺即铁氧体与钨铜合金的焊接方式,提出了我们的镀膜方案并在此基础上实验完成了单个铁氧体的镀膜。文中借鉴国外铁氧体与钨铜合金之间的真空钎焊的经验,对钎焊过程以及钎焊条件进行了研究,得到了钎焊所需的参数。再次,文中设计了高次模吸收器的冷却方案,分析了高次模吸收器的铁氧体表面温度分布。最后本论文给出了高次模吸收器的机械设计方案,并完成了高次模吸收器的工艺设计图纸。
本论文开展了高次模吸收器的测试技术的研究,设计了高次模吸收器的测试方案,即铁氧体材料的吸波性能测试、高次模吸收器功率吸收特性的测试以及在同步辐射光源上在线测试等结合的方案。本论文着重进行了铁氧体材料的吸波特性的实验研究,包括低功率下吸波特性和效率测试和高功率下高次模吸收器吸收能力进行了分析,完成了铁氧体片的微波吸收能力的测试,铁氧体片的吸收微波功率和对微波的吸收率要求满足高次模吸收器吸收要求。
本论文利用上海光源上安装的三台超导高频腔上的高次模吸收器,进行了高次模吸收器在线运行测试技术的研究,得到了在不同束团填充模式下的高次模功率和束流流强的关系。该研究对日后完成加工的高次模吸收器的在线测试提供了参考依据和测试手段。论文中最后还分析研究了高次模吸收器的放气率,为高次模吸收器应用在超导腔所需要的超高真空的奠定了基础。
本文最后对三次谐波腔的高次模做了分析,并完成了三次谐波腔的高次模的物理设计,对高次模吸收器位置和长度做了优化,得到了该腔的高次模吸收器的初步设计方案。