[发明专利]一种复合结构超导谐振加速腔

说明书

本发明涉及一种复合结构超导谐振加速腔，其内层材料为高超导性能材料，因此该复合结构超导腔会具有良好的射频性能；其外层材料为高导热材料，因此可以有效增大外层材料的厚度，一方面可以显著提高复合超导腔的机械稳定性，有效抑制氦压波动、洛伦兹失谐、颤噪等因素等带来的频率失谐，另一方面可以为复合超导腔内表面功率损耗产生的热量提供良好的横向传递通道，有效减缓复合超导腔因缺陷、二次电子倍增效应、场致发射效应而出现热失超，显著提高复合超导腔运行的热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种超导腔，特别是关于一种复合结构超导谐振加速腔，属于粒子加速器技术领域。

背景技术

加速器是高能物理及基础模型、生命及材料科学、核物理及放射性核素研究等领域不可缺少的研究手段，在能源、医疗、国防等方面也有着重要的应用价值，其核心部件是超导腔。当前国内外在建、筹建及计划中的加速器前沿领域重大项目都将射频超导技术作为首选方案。目前，超导腔主要采用RRR(剩余电阻率)～300、厚度为3-4mm的高纯铌板制造，应用范畴涵盖了β(相对论速度)从～0.05到1的各种带电粒子。

但是，纯铌超导腔为单层结构，其应用存在着比较严重的问题：受限于铌材较低的导热能力，纯铌超导腔的壁厚为3-4mm，这样的薄壁单层结构机械稳定性和热稳定性较差，容易导致纯铌超导腔因氦压波动、洛伦兹失谐、颤噪等因素而出现频率失谐，也容易导致纯铌超导腔因缺陷、二次电子倍增效应、场致发射效应而出现热失超。

因此，上述问题限制着当前和未来高能量、高流强射频超导加速器的稳定运行及其应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种由高导热材料与高超导性能材料构成的复合结构超导谐振加速腔，以解决纯铌超导腔存在的机械稳定性和热稳定性差，无法满足超导加速器稳定运行的难题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种复合结构超导谐振加速腔，该超导谐振加速腔为TM复合超导腔，所述TM复合超导腔包括：加速单元，为椭球形双层壳体结构，所述加速单元的外层结构为高导热材料，内层结构为高超导性材料，所述加速单元的两侧加工有束流端口，相邻两所述加速单元之间通过束流端口依次串联，位于各所述加速单元最外侧的两束流端口分别形成束流注入口和束流引出口；束流注入管道和束流引出管道，分别与所述加速单元的束流注入口和束流引出口对接；主耦合器，与所述束流引出管道相连，所述主耦合器用于向所述TM复合超导腔内部馈入功率；高阶模耦合器，两个所述高阶模耦合器分别与所述束流注入管道和束流引出管道相连；提取端口，与所述束流引出管道相连。

所述的复合结构超导谐振加速腔，优选地，所述加速单元的外层结构厚度为4-10mm，所述加速单元的内层结构厚度为0.001-4mm。

所述的复合结构超导谐振加速腔，优选地，所述束流注入管道和束流引出管道为由外层高导热材料和内层高超导性能材料组成的复合材料结构；

或者，所述束流注入管道和束流引出管道为高超导性能材料组成的单层结构。

所述的复合结构超导谐振加速腔，优选地，所述主耦合器和高阶模耦合器的位置相差38°。

一种复合结构超导谐振加速腔，该超导谐振加速腔为TEM复合超导腔，所述TEM复合超导腔包括：外腔筒体，形成所述TEM复合超导腔的外导体；内腔筒体，设置在所述外腔筒体的中心线上以形成所述TEM复合超导腔的内导体，且所述内腔筒体与所述外腔筒体之间形成加速环腔；环形短路板，两个所述环形短路板分别连接在所述外腔筒体和内腔筒体之间的所述加速环腔两端以形成短路端；束流管道，两个所述束流管道对称地连接在所述外腔筒体的中间部位的两侧，同时所述内腔筒体的中心位置加工有与两所述束流管道同心且相同内径的束流孔，以使所述外腔筒体与所述内腔筒体在所述束流管道位置形成开路端；功率耦合管和功率提取管，对称地连接在所述外腔筒体的中间部位的另外两侧；其中，所述外腔筒体、内腔筒体和环形短路板均为双层复合结构，即三者的外层结构均为高导热材料，内层结构均为高超导性材料。