[发明专利]用于降低大束流回旋加速器高频功率反射的装置和方法

说明书

本发明公开了一种用于降低大束流回旋加速器高频功率反射的装置和方法，该装置包括电机补偿量和流强关系对照表模块、束流流强测量模块、PLC中央控制器、电机驱动模块、上位机辅助调节模块、步进电机模块；该方法包括建立流强补偿关系对照表；将该测试结果编程到PLC、以及上位机辅助调节模块；将当前流强测量信息发送给PLC以及上位机辅助调节模块；PLC接收当前定向耦合器发送的反向取样信号，并发送给上位机辅助调节模块；在电机处于闭环工作状态时，PLC在每个100μA整数倍的节点进行一次自动调节；操作人员根据当前上位机上显示的反射信号、流强信号、流向补偿关系对照表信息，判断是否需要手动调节；本发明减小了功率反射对高频设备的破坏的可能性。

技术领域

本发明属于回旋加速器技术领域，尤其涉及一种用于降低大束流回旋加速器高频功率反射的装置和方法。

背景技术

高频系统是回旋加速器重要的部分之一，其稳定性和可靠性对回旋加速器的性能起到了关键作用。回旋加速器的高频系统包括四部分：高频功率源、传输线系统、谐振腔和低电平系统。其中高频功率源和谐振腔通过带有耦合装置的传输线连接，耦合装置的意义不仅是将高频功率源输出的高频功率馈送到腔体中以产生加速粒子所需要的高频电场，同时也肩负着阻抗变换的作用。

电容耦合方式是回旋加速器的耦合方式之一。电容耦合即将电容放置到电场最强的区域(即Dee板附近)来激励谐振腔内产生所需要的场。

采用电容耦合的谐振腔一般可以等效为图5所示:

C_c为耦合电容，而R,C,L为谐振腔自身等效的阻抗。R_c是在有束流负载时，从等效电路的角度来说，随之等效并联在电阻R上的一个电阻，使谐振腔的有效阻抗变为R||R_c。但在无束流负载情况下，R_c是不存在的。

在无束流负载时，R,C,L和谐振频率ω₀，空载品质因数Q₀，加速间隙的等效电压V_eff，腔体损耗总功率P有着以下的关系：

输入阻抗为：最佳耦合条件为:Z_r＝Z₀,Z_i＝0。(Z₀为传输线特性阻抗，ω为工作频率)

令即最佳耦合状态为

但是在有束流负载的情况下，由于R_c的产生，导致等效电路图的有效阻抗发生变化，使最佳耦合状态被打破，并且束流越大，阻抗变化越明显，耦合状态也越差，故对于大束流的回旋加速器在工作期间需要对耦合装置进行调整，防止由于耦合状态变化导致的失配现象，否则引起大功率反射，反射的功率会沿传输线传回高频功率源，导致高频功率源或传输系统的损坏。

目前回旋加速器在处理耦合装置时，由于通常受到实际条件如空间等的限制，耦合度在加速器的运行过程中通常不能够人工调整。故一般处理方式为：使得无束流时腔和功率源处于过耦合状态，随着束流流强和能量的提高，使其自动过渡到接近匹配状态。这种方法在小束流的情况下是可行的，因为R_c的变化量范围不大，可以形成为近似匹配状态。但是对于大束流的回旋加速器，R_c变化量会大很多，必须有一种用于降低大束流回旋加速器高频功率反射的方法，否则高频的安全性和可靠性无法保证。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种用于降低大束流回旋加速器高频功率反射的装置和方法，目的在于解决现有技术只能解决小束流回旋加速器高频功率反射问题、而不能解决大束流回旋加速器在有束流负载期间，由于R_c的产生导致耦合情况变差、进而导致反射功率大幅上升的问题。

本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：