[发明专利]同步回旋加速器调制频率测试方法

说明书

本发明公开一种同步回旋加速器调制频率测试方法，涉及同步回旋加速器技术领域，所述测试方法步骤包括：选取旋转电容的运动模式为位置模式，设置步进角度固定的周向运动，对同步回旋加速器腔体进行频率扫描得到腔体本征频率区间f₁～f₂；选取腔体本征频率中的频率值f₀，停止旋转电容驱动器；调节腔体耦合电容，使得在f₀处腔体的S参数中S₁₁小于‑15dB；设置信号源频率为f₀，功率为10dBm，连续模式，并将其输出信号连接至腔体的耦合端，同时将腔体电容取样信号连接至示波器；选取旋转电容的运动模式为速度模式，将旋转电容转速提升至设计转速；利用示波器测试取样腔体电容取样信号的尖峰之间的时间间隔ΔX，1/ΔX即为同步回旋加速器的调制频率。

技术领域

本发明涉及同步回旋加速器技术领域，更具体地说，它涉及一种同步回旋加速器调制频率测试方法。

背景技术

回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器。

现有的回旋加速器，主要结构是在磁极间的真空室内设置两个半圆形的金属扁盒(D形盒)隔开相对放置，D形盒上加交变电压，其间隙处产生交变电场。置于中心的粒子源产生带电粒子射出来，受到电场加速，在D形盒内不受电场力，仅受磁极间磁场的洛伦兹力，在垂直磁场平面内作圆周运动。绕行半圈的时间为πm/qB，其中参数q为粒子电荷，m为粒子的质量，B是磁场的磁感应强度。如果D形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率，则粒子绕行半圈后正赶上D形盒上电压方向转变，粒子仍处于加速状态。由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子的速度无关，因此粒子每绕行半圈受到一次加速，绕行半径增大。经过很多次加速，粒子沿螺旋形轨道从D形盒边缘引出，能量可达几十兆电子伏特(MeV)。但是随着粒子速度的增大，根据相对论效应，粒子的质量也将会增大，粒子绕行周期变长，从而逐渐偏离了交变电场的加速状态。为解决上述问题，出现了同步回旋加速器。

同步回旋加速器(synchrocyclotron)是为了克服上述经典回旋加速器的极限能量的限制而发展起来的回旋式加速器，又称稳相加速器或调频回旋加速器。它与经典回旋加速器的主要区别在于采用了调频技术，使粒子被加速过程中，腔体(加速电场所在腔室)的频率随粒子的回旋频率同步下降，以保持谐振加速条件，进而突破了上述经典回旋加速器中相对论性质量增加对提高能量的限制。

在同步回旋加速器的应用当中，当某一粒子束流引出后，腔体频率快速回调到初始加速频率，继续下一束团的加速。离子被周期性加速所对应的时间即调制时间，其倒数即为调制频率。同步回旋加速器腔体频率的变化一般通过周期性的旋转电容实现。基于上述介绍可以看出，在同步回旋加速器的控制中，腔体频率对应的调频技术，其精确应用能够大大提升同步回旋加速器的性能，由此可见，同步回旋加速器调制频率的测试十分重要。当前，上述调制频率的测试通常都是通过谐振回路参数测试等方式间接测得的，且测试过程中腔体本征频率对测试结果存在着干扰，最终使得测试结果误差较大。

发明内容

针对实际运用中存在的缺陷，本发明目的在于提供一种同步回旋加速器调制频率测试方法，能够实现对调制频率的直接测试，以核实调制频率是否满足同步回旋加速器的设计要求，具体方案如下：

一种同步回旋加速器调制频率测试方法，基于在同步回旋加速器腔体中设置周期性旋转电容以及旋转电容驱动器，所述旋转电容包括旋转电容转子叶片及旋转电容定子叶片，包括如下步骤：

1)选取旋转电容的运动模式为位置模式，设置步进角度为0.5°-2°的周向运动，相邻两次运动间隔设定时间，同时利用网络分析仪对同步回旋加速器腔体进行S参数的频率扫描，得到腔体的整个本征频率区间，记为f1～f2；

2)选取腔体本征频率区间f1～f2中接近中间频率的一频率值f0，停止旋转电容驱动器；