[发明专利]一种变频非调谐腔结构

说明书

本发明公开了一种变频非调谐腔结构，包括：至少两个基础同轴谐振腔单元；基础同轴谐振腔单元依次并列排布；每一个基础同轴谐振腔单元包括以同轴方式相连接的第一谐振腔和第二谐振腔，以及以同轴方式设置于第一谐振腔和第二谐振腔之间的加速间隙；第一谐振腔和第二谐振腔内均同轴的设置有束流管道，第一谐振腔内的束流管道与第二谐振腔内的束流管道在加速间隙内呈间隔设置，以形成基础同轴谐振腔单元内的加速缝，在加速缝的外部套置陶瓷绝缘套管，绝缘陶瓷套管的两端分别与对应侧的束流管道的端部连接；相邻两基础同轴谐振腔单元之间的束流管道相互连接；外部功率源通过传输线与所有基础同轴谐振腔单元内的加速缝连接。

技术领域

本发明涉及一种变频非调谐腔结构，特别涉及一种磁合金材料加载的变频非调谐腔结构，属于同步加速器高频加载腔技术领域。

背景技术

同步加速器是目前高能加速器领域应用最为广泛的一类加速器，在航天、生物、材料及粒子治疗等领域具有广泛的应用。高频腔作为同步加速器最重要的组成部分，是对重离子、质子等带电粒子进行俘获、加速、减速、旋转以及压缩等纵向与横向操作的最主要场所：高频腔能够接受来自功率源馈入的功率，并利用该功率在腔体内的加速间隙中形成所需的高频、高压电场，重离子、质子等带电粒子进入高频腔体后在加速间隙处与该电场发生相互作用从而得到所需要的重离子、质子等带电粒子束流。

同步加速器高频腔的现有技术主要分为铁氧体材料加载的变频调谐腔以及磁合金材料加载的变频非调谐腔。铁氧体材料加载的变频调谐腔属于同步加速器中发展较早、技术较为传统、应用较为广泛的一类高频腔，但其具有较为明显的缺陷，如系统结构复杂、只能工作于调谐(谐振)状态、频带窄、加速梯度低等；磁合金材料加载的变频非调谐腔是目前同步加速器中较为先进的一种高频腔，与传统的铁氧体材料加载的变频调谐腔相比，其具有系统简洁无需调谐、可以工作于失谐状态、频带宽、加速梯度高等优势。

国内对磁合金材料加载的变频非调谐腔实际工作开展较少，目前只有中科院近代物理研究所、上海与清华开展了研究工作，并已各自成功加工磁合金材料加载变频非调谐腔。国内目前已有的磁合金材料加载变频非调谐腔的结构原理图，如图1所示，这三台腔体均采用单加速间隙结构、强风冷却，工作电压最高不超过2kV，磁合金材料最大尺寸(外直径)均不超过φ460mm，加速梯度均不超过3kV/m。可以看出，国内现有的磁合金材料加载变频非调谐腔结构存在以下缺陷：①工作电压与加速梯度低的，无法从腔体电压与加速梯度方面体现出磁合金材料加载的变频非调谐腔相对于铁氧体材料加载的变频调谐腔所具有的优势。②随着所需工作电压的提高，如果继续采用国内目前的磁合金材料加载变频非调谐腔现有技术，则腔体所需加载的磁合金材料、腔体纵向长度等均会成倍增长，导致腔体电长度不断增加，从而令腔体短路端与开路端电压差距过大，加速梯度并不会有明显的提升。③随着所需工作电压的提高，腔体损耗功率会随着电压平方的关系迅速增加，使得强风不能满足磁合金材料的冷却要求，材料内部的温度会迅速接近其自身的居里温度，导致材料性能下降，从而会陷入腔体功率损耗进一步增大、材料高频损耗继续增大的恶性循环。④磁合金材料最大尺寸(外直径)不超过φ460mm，磁合金材料性能有限，无法从材料性能方面提升腔体加速梯度等指标。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种大功率宽频带高电压磁合金材料加载多加速间隙液冷变频非调谐腔结构，该结构能够有效的提高腔体所提供的工作电压与加速梯度、明显的降低磁合金材料的温度、在同等频率与电压下压缩腔体的安装长度与所加载磁合金材料的数量。将该结构应用于同步加速器高频加载腔，能够实现同步加速器输出更高能量的强流重离子、质子等带电粒子束流。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种变频非调谐腔结构，其特征在于，包括：