应用于环形加速器的脉冲感应加速组元研究

A novel scheme of pulse induction acceleration module which may instead of the conventional radio frequency cavity employed by the circular accelerators is proposed. Compared with the existing such induction module built by the Japan’s High Energy Accelerator Research Organization (KEK), which has been applied to some circular accelerators such as Induction Synchrotrons, All-ion Accelerator and RAFFIA, the new induction module will be much smaller in volume, less in energy loss , better in stability and more accommodate to the needs of the circuit accelerators.

能在高重复频率下连续运行的脉冲感应加速组元可以替代传统的射频加速腔应用于环形加速器中。通过对日本KEK现有感应同步加速组元应用情况的调研和分析，本项目提出了一种更为紧凑可靠的感应加速组元设计方案，通过对功率系统和加速腔的一体化设计优化了加速腔的电感电阻参数，大幅减小了加速腔中磁芯的用量和电阻上的功率损耗；通过脉冲感应叠加来实现加速电压的倍增，避免了固态开关串联工作所带来的不稳定因素，提高了系统对工作环境的适应性。新的设计方案，能有效的改善现有感应加速组元在加速电压调节和重复频率极限方面的局限性，提高功率系统的稳定性，减小组元连续运行时的热能损耗，从而更加适应各类环形加速器对加速组元的应用需求。

采用感应同步加速原理，能在MHz重复频率下连续运行的双极性脉冲感应加速组元可以替代传统的射频加速单元应用于环形加速器中。通过对日本高能加速器研究机构（KEK）现有感应同步加速组元应用情况的调研和分析，本项目从脉冲感应加速组元的结构出发，对KEK的加速组元设计进行了改进，提出了一种更为紧凑的感应加速组元设计方案。该方案可以有效的减小感应腔对磁芯的需求和加速组元运行时的功率损耗，能够更好的适应各类环形加速器对脉冲感应加速组元的应用需求。项目开展了对MHz重频双极性脉冲功率技术、磁芯高重频特性、感应腔负载特性等关键技术的研究，掌握了MHz重频脉冲感应加速组元研制的关键技术，完成了能在MHz重频下连续运行的双极性感应加速组元样机的设计和研制，并进行了实验测试。结果表明，新型加速组元在和KEK组元在相同脉冲顶降的前提下，加速腔纵向尺寸缩小了5倍以上，在同样脉宽和电压下总功耗降低了60%，证明了该技术路线的可行性和优越性。