窗耦合型rfq高频结构研究

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1、密级:硕士学位论文窗耦合型RFQ高频结构研究作者姓名:施龙波指导教师:何源、研究员、近代物理研究所学位类别:工程硕士学科专业:核能与核技术工程培养单位:中国科学院近代物理研究所二零一五年五月ResearchonRFstructureofwindow-coupledRFQByShiLongboADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegre

2、eofMasterofEngineeringInstituteofModernPhysics,ChineseAcademyofSciencesMay,2015致谢在中国科学院近代物理研究所工作和学习的每一天都充满了挑战和乐趣。从最前沿的学术会议和报告到还是最新的科研项目和科学工程，需要学习和实践的知识太多。幸而有着宽松的环境和乐于传授和交流的老师和同学，使得快速学习并应用于实践成为可能。值此论文完成之际，特别感谢导师何源研究员给予的悉心指导。本文从课题选择到方向指引和最后形成论文，自始至终都倾注了导师

3、的时间和精力。何老师渊博的知识，严谨的治学态度和对工作的极大热情，无一不让我受益匪浅。感谢石爱民老师对我工作、学习给予的帮助。石老师在加速器高频领域理论扎实，实践经验丰富，给我带来很多有益指导。感谢卢亮老师在RFQ加速器和高频仿真方面毫无保留的传授。感谢王贤武老师在高频仿真和高频测量等方面的指导。还要感谢直线室RFQ组的同事张周礼，孙列鹏，杜小楠，李晨星，徐显波，王文斌在工作和生活上的关心和帮助。没有与他们的交流和讨论很难完成论文工作。感谢所有关心我的老师、同事、同学们，你们的支持和鼓励将使我在今后的

4、工作和学习中不断进取。最后特别感谢父母多年对我无私的辛勤付出，让我安心完成学业和论文工作。施龙波2015年5月30日摘要摘要RFQ（射频四极场）加速器作为重离子直线加速器的前级聚焦加速部分，其高频结构设计的好坏影响整个加速器的性能。传统的RFQ加速器结构包括四翼型和四杆型，其中四翼型RFQ适合工作在在较高频率，适于高占空比及高平均射频功率情况。而四杆型RFQ适于工作在低频，结构紧凑，水冷相对困难。窗耦合型RFQ(fourvanewithwindowsRFQ)结构上介于四翼与四杆型之间，可以看成开窗的四

5、翼型RFQ或带独立支撑杆的四杆型RFQ。应用频率更广泛，和四翼型相比能够降低频率，减少偶极子衰减。同样频率下，径向尺寸能够更紧凑。给定频率下，窗型RFQ的效率低于四翼型而又高于四杆型。为研究HIAF（强流重离子加速器）RFQ的高频结构，针对工作频率为81.25MHz的一米长实验腔，利用三维电磁仿真软件CSTMWS微波工作室对传统的四翼型、四杆型高频结构进行了仿真，并重点研究了窗耦合型结构。对开窗的对称方式、开窗的个数和大小等进行了分析，得出一米长RFQ腔体采用交错对称形式开一个椭圆半窗的窗耦合结构能保

6、持较为紧凑的横向尺寸同时能耗适中，二极模频率也远离了运行频率。建造了一个一米长铝制模型腔验证计算结果，冷模测量频率为81.41MHz，Q值为3790，二极模间隔12.2MHz。利用小球测量法测得模型腔四个象限的场平整度均小于3‰。本文首次系统研究了窗耦合型RFQ腔体结构，通过优化计算给出了HIAFRFQ模型腔的高频设计，并对一米长铝模型腔进行冷测，测试结果与计算结果一致。关键字：四翼型RFQ，四杆型RFQ，窗耦合型RFQ，有限元模拟AbstractAbstractResearchonRFStructu

7、reofWindow-coupledRFQShiLong-bo(NuclearEnergyandNuclearTechnologyEngineering)DirectedbyProfessorHeYuanAsakindofstandardlinearacceleratorstructureforacceleratingionwithlowenergy,theRFQacceleratorstructureisusedforaccelerationaswellfortransversefocusing,a

8、ndtheperformanceofthewholeacceleratorwasaffectedbytheRFstructureofRFQ.Four-vaneandfour-rodstructuresarethemostcommonlyusedRFQstructures.Usuallythefour-vanestructureispreferredatfrequenciesaboveabout200MHzbecauseofitshighRFpoweref