[发明专利]一种大功率高稳定度变负载高频加速系统

说明书

本发明公开了一种大功率高稳定度变负载高频加速系统，包括低电平高频控制器、功率放大传输系统、高频腔；所述功率放大传输系统包括高频机，传输线，耦合窗，所述低电平高频控制器负责产生合适大小的低电平高频信号，并用产生的低电平高频信号去驱动所述高频机；所述高频机负责把低功率的高频信号放大为高功率高频电磁波，再通过传输线将其输运到耦合窗；所述耦合窗负责把高频功率从放大系统耦合到高频腔；其特点：所述耦合窗为动态可调耦合窗，所述高频腔为跑道型腔体结构；还公开了一种大功率高稳定度变负载高频加速系统的自动调节耦合度算法，包括进行动态反射功率调节耦合度算法的初始化；获得动态反射功率调节耦合度的最终计算式。

技术领域

本发明属于加速器技术领域，尤其涉及一种大功率高稳定度变负载高频加速系统。

背景技术

圆型加速器由各种类型的磁铁和高频腔组成，粒子在加速器磁场作用下作环形运动，并通过高频电场不断加速。高能、强流是圆型加速器发展的一个主要趋势，可应用在多个重要的核技术领域；在乏燃料后处理、先进核能系统的材料辐射损伤、军民两用同位素研发等国民经济领域；以及在中子和介子科学、中微子和暗物质等基础研究领域，均有巨大的应用潜力。高频加速系统是圆型加速器的重要组成部分，是束流加速所需能量的来源，其性能直接影响到加速器的束流品质。圈能量增益是圆型加速器实现高能、强流的一项关键参数，而高频加速系统对圈能量增益的提高起着关键性的作用，其主要体现在：

(1)高的圈能量增益意味着，粒子在加器中的加速速度快、加速圈数少。粒子在圆型加速器中旋转，每次穿过高频腔将获得相应地能量增益：

其中，V为高频腔的峰值电压，φ₀为t＝0时刻高频腔的初始相位，ω_rf为高频回旋频率，t为粒子经过高频腔中心的时刻，因而φ₀+ω_rft是粒子经过高频腔中心时的高频相位。

高的圈能量增益意味着高频系统每圈需要提供给粒子更多的能量，即高频系统需要提供更高的加速电压。这对高频系统提出了更苛刻的要求。为了节省功率开销，需要在现有技术基础上，设计Q值更高，有效加速电压更高的腔体。

(2)在磁场、电场变化时，会引起束流强度的变化。在束流强度较大时，必须考虑到束流负载效应。束流负载效应对高频系统过来说，可以等效为一个变化的阻抗。传统的高频系统在建造时，一般在系统调试阶段根据调试参数，将高频系统耦合参数固定在某一个合适的数值上，在系统运行时，并不能实时调整实现最优化。在加速器开机运行时，因束流负载变化导致调试阶段固化的耦合参数不在是最优耦合度，致使部分功率反射回来，导致高频系统需要更多的功率来维持加速电压的稳定。为了使高频系统具有一定的适应能力，能够在运行时自动调整耦合度，需要实现可调耦和设计并实现相应的自动调节算法。

(3)为保证有效的建立高稳定度的高频加速电场，为束流提供稳定的圈能量增益，应实现全数字自激控制，需在现有技术的技术上研究新的数字高频控制器。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种大功率高稳定度变负载高频加速系统，目的在于解决现有技术当高频系统负载变化时，耦合度不能自动调节的问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：

一种大功率高稳定度变负载高频加速系统，包括低电平高频控制器、功率放大传输系统、高频腔；所述功率放大传输系统包括高频机，传输线，耦合窗，所述低电平高频控制器负责产生合适大小的低电平高频信号，并用产生的低电平高频信号去驱动所述高频机；所述高频机负责把低功率的高频信号放大为高功率高频电磁波，再通过传输线将其输运到耦合窗；所述耦合窗负责把高频功率从放大系统耦合到高频腔；其特征在于：所述耦合窗为动态可调耦合窗，所述高频腔为跑道型腔体结构。