[发明专利]一种高Q值超导腔的射频控制方法、系统和存储介质

说明书

本发明涉及一种高Q值超导腔的射频控制方法、系统和存储介质，属于粒子加速领域，包括外部参考源、控制器组合、放大器、定向耦合器、超导腔和超导腔调谐装置；外部参考源生成超导腔的目标振荡信号，放大器将控制器组合输出的信号放大后输入定向耦合器，定向耦合器检测放大器输出信号和超导腔反射信号的功率，并将检测结果反馈至控制器组合，控制器组合控制超导腔产生与目标振荡信号相同的自激振荡信号，控制器组合还检测超导腔产生的自激振荡信号，并控制超导腔调谐装置对超导腔进行调谐，以使自激振荡信号与目标振荡信号相同，使得超导腔内可以产生稳定的自激振荡信号，提高应用超导腔的加速器的可靠性。

技术领域

本发明属于粒子加速领域，具体涉及一种高Q值超导腔的射频控制方法、系统和存储介质。

背景技术

品质因数(Q值)是物理及工程中的无量纲参数，是标识振子阻尼性质的物理量，也可以表示振子的共振频率相对于带宽的大小。高Q值标识振子能量损失的速率较慢，振动可持续较长的时间。Q值较高的振子在共振时，在共振频率附近的振幅较大，但会产生的共振的频率范围较小，此频率范围可以称为带宽。

超导腔是使加速腔工作在超导态，可以在很小的微波功率下产生很强的加速电场。利用超导腔建成的超导直线加速器，可大大缩减加速器的尺寸，降低加速器的功率消耗，使超导直线加速器在经济上和技术上具有巨大的优越性。

超导腔具有极高的品质因数(Q值)，一般大于108。品质因数Q₀和腔的谐振频率ω₀之间存在如下关系：R为等效电阻，L为腔体等效电感。高的Q值意味着窄的工作带宽，因此需要超导腔的谐振频率稳定。但超导腔对腔体本身谐振频率的变化很敏感，温度的变化和振颤都会引起超导腔的谐振频率发生变化，非常容易出现谐振频率漂移。

并且，束流在被超导腔加速的过程中会带走超导腔内存储的高频功率，从而造成腔体电场下降，进而影响超导腔内电场幅度和相位。

超导腔体内的电场幅度，相位的波动使后续的束团不能得到有效的加速，对束流品质产生影响。

因此，如何根据高Q值超导腔的特点，对加速器超导腔的频率、幅度、相位进行稳定控制，是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高Q值超导腔的射频控制方法、系统和存储介质，使得超导腔内可以产生稳定的自激振荡信号，提升应用超导腔的加速器的可靠性。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，一种高Q值超导腔的射频控制系统,包括：外部参考源、控制器组合、放大器、定向耦合器、超导腔和超导腔调谐装置；

所述外部参考源及所述超导腔均与所述控制器组合连接，所述放大器与所述控制器组合连接，所述定向耦合器连接于所述放大器和所述超导腔之间，所述超导腔调谐装置与所述控制器以及所述超导腔连接；

所述外部参考源用于生成所述超导腔的目标振荡信号；

所述控制器组合用于控制所述超导腔产生与所述目标振荡信号相同的自激振荡信号；

所述放大器用于对所述超导腔产生的初始自激振荡信号进行放大后输入所述定向耦合器；

所述定向耦合器用于检测所述放大器输入信号和所述超导腔反射信号的功率，并将检测结果反馈至所述控制器组合；

所述控制器组合用于检测所述超导腔产生的自激振荡信号，并控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔进行调谐，以使所述自激振荡信号与所述目标振荡信号相同；